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肌肉干细胞研究最新进展

来源:本站原创 2017-08-30 20:47

2017年8月30日/生物谷BIOON/---肌肉干细胞可发育分化为成肌细胞(myoblasts),后者可互相融合成为多核的肌纤维,形成骨骼肌最基本的结构。

人类胚胎和成人体内都存在肌肉干细胞。胚胎和胎儿的肌肉干细胞增殖使得肌肉组织发展;成年人体内的肌肉干细胞亦被称为卫星细胞,处于休眠状态,沿着肌肉纤维而分布。在经过强烈运动或是受到外界伤害之后,成人的肌肉干细胞会被激活并开始自我增殖,从而增加或是恢复成人的肌肉组织。对于老年人,肌肉干细胞不再具有自我复制的活性,从而表现为肌肉组织的萎缩。

小编针对近年来肌肉干细胞研究取得的进展进行一番盘点,以飨读者。

1.Science:首次在体内实时观察肌肉干细胞再生受损组织初始步骤
doi:10.1126/science.aad9969


在一项新的研究中,来自澳大利亚莫纳什大学澳大利亚再生医学研究所(Australian Regenerative Medicine Institute, ARMI)的研究人员首次发现证据证实当遭受损伤时如何触发受损肌 肉再生或愈合。这一发现可能为改善老年人和患上肌肉萎缩症的病人的生活和甚至增强运动员肌肉恢复铺平道路。相关研究结果于2016年5月19日在线发表在Science期刊上,论文标题 为“Asymmetric division of clonal muscle stem cells coordinates muscle regeneration in vivo”。

在这项研究中,莫纳什大学ARMI主任Peter Currie教授和他的团队利用模式生物斑马鱼研究肌肉再生。

这种模式生物斑马鱼中,研究人员着重关注成体肌肉干细胞,它们与成熟的肌纤维靠得很近。当肌纤维受损时,它们产生突出部分来捕获肌肉干细胞,将它们拉回,从而再生受损的组织。 尽 管科学家们长期以来就已猜测这些干细胞在肌肉再生中发挥作用,但是它们是如何被激活和控制的仅在细胞样品中进行过充分研究,但未在模式动物体内开展过研究。如今,研究人员以斑马 鱼为研究对象在动物体内开展研究。

利用专门的显微镜,Currie教授和他的同事们能够实时地观察和拍摄活的肌肉组织再生,因而能够首次看到这些干细胞如何移动、作出表现和修复受损的组织。

2.PNAS:炎症意料之外的作用——促进肌肉干细胞再生
doi:10.1073/pnas.1705420114


炎症反应是一把双刃剑,它既能保护我们的身体免受病原体感染,又是诸多疾病的罪魁祸首。在日常生活中,我们提到炎症往往指的是它不利的一面。不过,近日来自斯坦福大学医学院的一项研究揭示了一种常见的炎症因子——PGE2(前列腺素E2)的一种保护作用。在肌肉损伤或剧烈运动后,PGE2能够激活负责修复损伤的肌肉干细胞,促进肌肉再生。利用PGE2处理受伤的实验小鼠,能够加速动物修复损伤和恢复肌肉力量的能力。但是,我们常用的非甾体类抗炎药,如阿司匹林或布洛芬,将会阻断PGE2的作用,显著抑制小鼠的肌肉修复,并导致力量的减弱。这项研究于6月12日发表于PNAS上。

研究人员下一步计划在实验室检测PGE2对人类肌肉干细胞的影响,并研究衰老在这一过程中所扮演的角色。因为PGE2是由胎儿和胎盘在怀孕期间产生的,并且已经被FDA批准用于引产,因此如果应用于临床会相对快捷。

3.JAHA:用肌肉干细胞补片治疗心力衰竭
doi:10.1161/JAHA.116.003918


一项最新研究对一种治疗心力衰竭的突破性方法进行了检测。研究人员利用患者自身的肌肉干细胞成功地修复了受损的心脏,取得了令人鼓舞的成果。

本周发表在《美国心脏协会杂志》上的一项最新研究,对肌肉干细胞在修复受损心脏中的应用进行了探讨。来自日本的研究人员之前已经在小鼠模型中展示了该项技术的潜在益处,所以,现在是进入人类试验研究的时候了。

研究小组一共选择了 27 名心衰患者,他们的运动能力有限却对其他治疗没有反应。其中缺血性心肌病 15 例,扩张型心肌病 12 例。I 期临床试验包括从患者自己的大腿肌肉上取下细胞补片(特别是股内侧肌)。然后,通过手术将这些所谓的自体体细胞衍生细胞补片粘在心脏左心室表面。

手术后,患者并没有发生明显的并发症,术后 1 年,患者的运动能力和心功能均出现明显改善。作者得出以下结论:“第一阶段的研究发现,细胞片移植作为治疗心肌病唯一疗法是可行。在这项研究中所看到的该项治疗方法的安全和功能恢复是极具前途的。该研究结果还应进行进一步的临床随访和更大规模的研究以确认自体骨骼干细胞片治疗重度充血性心脏衰竭的疗效如何。”

4.BMC Medicine 肥胖导致肌肉干细胞重编程
doi:10.1186/s12916-017-0792-x


肥胖与肌肉质量降低及代谢异常相关。根据一项来自瑞典德隆大学的新研究,影响新肌细胞形成的表观遗传学变化可能是诱因之一。 在这项新研究中,博士研究生Cajsa Davegårdh研究了肥胖及正常个体肌肉干细胞的DNA甲基化。DNA甲基化是一个表观遗传学过程,发生DNA甲基化时,甲基会结合到基因上并像调灯开关一样调节基因活性。通过比较健康个体不成熟及成熟肌肉干细胞的甲基化水平,Cajsa Davegårdh发现实际甲基化水平对肌肉干细胞的成熟过程有重要影响。

“非成熟肌肉干细胞在发育成成熟肌肉干细胞过程中,许多表达水平改变的基因的甲基化水平也发生了变化,这表明甲基化与基因表达相关。”她解释道。她发现一个叫做IL-32的炎前因子基因对成熟过程及胰岛素敏感性至关重要。胰岛素敏感性异常在肥胖患者体内很常见,是2型糖尿病的一个危险因素。“减弱该基因的表达可以增加肌肉胰岛素敏感性。”这些发现也在小鼠实验中得到了验证。

随后,Cajsa Davegårdh比较了体重正常及肥胖个体(BMI大于30)肌肉干细胞DNA甲基化水平的差别。她发现肥胖个体和正常个体肌肉干细胞成熟过程中调节的基因不同,且基因的甲基化水平改变程度也有着显著性差异。

5.Nat Commun:科学家发现调节肌肉干细胞命运关键因子
doi:10.1038/ncomms8140


近日,来自德国的科学家在国际学术期刊Nature Communications在线发表了一项最新研究进展,他们通过蛋白组学的方法对成年期骨骼肌干细胞进行了筛选,发现精氨酸甲基转移酶prmt5对于骨骼肌干细胞具有重要作用,并进行了深入研究。

在该项研究中,研究人员利用蛋白组学的方法对骨骼肌干细胞中的蛋白组进行了功能缺失筛选,发现了120个对骨骼肌干细胞功能发挥具有重要作用的基因,其中包括精氨酸甲基转移酶prmt5。在成年小鼠的骨骼肌干细胞中特异性抑制prmt5的活性能够阻止骨骼肌干细胞的扩张,消除骨骼肌干细胞的长期维持并削弱骨骼肌的再生。研究人员还发现在小鼠胚胎发育过程中,prmt5对于pax7阳性的肌源性祖细胞的增殖和分化并非不可或缺,这表明胚胎期和成年期肌肉生成过程存在显著差异。研究人员还从机制上进行了解释,他们证明prmt5是通过细胞周期抑制因子p21调节了成年期骨骼肌干细胞的增殖过程。

6.Dev Cell:肌肉干细胞促进肌肉生长和修复的机制
doi:10.1016/j.devcel.2012.07.014


肌肉能提供干细胞来促进肌肉的生长和受伤肌肉的再生,但肌肉干细胞必须驻留在特殊的部位才能有助肌肉的生长和修复。德尔柏林布吕克分子医学中心(MDC)发育生物学家Dominique Bröhl和Carmen Birchmeier教授已经阐明这些干细胞是如何定植于肌肉干细胞“巢穴”中的。

在本研究中,Bröhl博士和教授Birchmeier表明,小鼠的肌肉祖细胞缺乏Notch信号后,不能定植于干细胞“巢穴”。相反,肌肉祖细胞会定植于肌纤维之间的组织中。发育生物学家认为,这是肌肉弱化的原因。干细胞定植于错误的地方就不再像以前那样拥有多种生物学功能,难以有助于肌肉生长。

此外,Notch信号通路在肌肉的发育过程中具有第二大功能。它可以通过抑制肌肉发育促进因子MyoD防止干细胞分化成肌肉细胞,从而确保肌肉中总会存在能保存有修复和再生功能的干细胞“巢穴”。这项工作对肌肉再生和肌肉无力的研究具有重大意义。

7、8. 两篇Nature:法国科研人员发现肌肉干细胞胚胎起源 治帕金森病有望
doi:10.1038/nature03594; doi:10.1038/nature03572


法国国家科研中心和巴斯德研究院的两组科研人员,近日同时发现了肌肉干细胞的胚胎起源,这项研究成果将有助于人类更好地认识和了解肌肉组织的发展过程。6月16日出版的英国《自然》杂志分别刊登了这两组研究人员的研究报告。

人类胚胎和成人体内都存在肌肉干细胞。胚胎和胎儿的肌肉干细胞增殖使得肌肉组织发展;成年人体内的肌肉干细胞亦被称为卫星细胞,处于休眠状态,沿着肌肉纤维而分布。在经过强烈运动或是受到外界伤害之后,成人的肌肉干细胞会被激活并开始自我增殖,从而增加或是恢复成人的肌肉组织。对于老年人,肌肉干细胞不再具有自我复制的活性,从而表现为肌肉组织的萎缩。

法国国家科研中心马塞生物发展研究院的科研人员以雏鸡为对象,研究后发现,无论是胚胎或是成体,其肌肉干细胞都拥有一共同的胚胎起源———“体节”的胚胎结构。与此同时,巴斯德研究院以老鼠为研究对象的科研小组也发现,肌肉干细胞的出现取决于两种基因Pax3和Pax7的作用。一旦上述两种基因丧失活性,肌肉干细胞就会缺失,并导致所有的肌肉组织停止增长。

9.Science:法科学家肌肉干细胞研究取得进展
doi:10.1126/science.1114758

成年人肌肉干细胞具有快速生长为肌肉组织的神奇功能,然而提取自然状态下的这种细胞比较困难,因此,一直是医学界关注的课题。法国科学家日前在这一研究中取得进展,为肌肉损伤治疗开辟了新前景。

在成人体内,肌肉干细胞的数量非常少,很难提取出自然状态下的这种细胞,这大大地限制了肌肉干细胞治疗研究的发展。

法国巴斯德研究所遗传分子生长研究组的迪迪·埃·蒙特拉斯等人日前在美国《科学》杂志上报告说,他们发现,过去人们培育的成年肌肉干细胞,不能都发育成肌肉纤维,因为这些肌肉干细胞实际上并不纯,影响了肌肉纤维的快速生长。因此,科学家进行了技术改良。他们从成年鼠身上提取自然状态的肌肉干细胞,然后再对它们加以复杂的“净化”,如此提取的肌肉干细胞功能大有长进。在原先的老鼠实验中,需要培育100万个此类细胞才能用于促进肌肉纤维增长,现在只需要移植2万个细胞就可以达到同等效果。

10.JCB:研究显示女性肌肉干细胞再生能力较卓越
doi:10.1083/jcb.200612094

根据英国匹兹堡大学医学中心(University of Pittsburgh Medical Center;UPMC)儿童医院的研究者最新研究显示,由女性肌肉中所分离出的干细胞再生能力优于男性。这项结果于4月9日发表在Journal of Cell Biology期刊中,是首次着眼于性别差异的干细胞再生相关研究。

「这项发现对于以干细胞为基础的各项相关疗法会带来不小的影响。」干细胞研究中心主任Johnny Huard博士表示,「未来以干细胞来发展组织再生药物的相关应用时,应当视性别为一个重要的决定因素。」

研究者在找寻研究杜馨氏肌肉失养症(Duchene muscular dystrophy,DMD)等肌肉萎缩遗传疾病疗法时发现,分离的雌性个体干细胞具有优良的再生新骨骼肌组织的能力。在给予患有DMD的实验鼠分别注射雌性与雄性干细胞之后,他们发现仅10%的注射雄性干细胞老鼠其再生系数(regeneration index,RI)超过200者,而注射雌性干细胞者则高达40%。(生物谷 Bioon.com)

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