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研究人员发现肌肉干细胞激活的新机制

在培养的系统中建立肌肉损伤模型时,熊本大学和日本长崎大学之间的研究合作发现,断裂的肌肉纤维泄漏的成分会激活“卫星”肌肉干细胞。在尝试鉴定激活卫星细胞的蛋白质时,他们发现诸如GAPDH的代谢酶迅速激活了休眠的卫星细胞并加速了肌肉损伤的再生。这是一种高度合理和有效的再生机制,其中受损的肌肉本身会激活开始再生过程的卫星细胞。

骨骼肌由收缩肌纤维束组成,每条肌纤维都被卫星细胞(可以产生新肌纤维的肌肉干细胞)包围。由于这些卫星细胞的作用,即使在剧烈运动中被挫伤或撕裂后,肌肉纤维也可以再生。卫星细胞在发育阶段的肌肉生长和力量训练期间的肌肉肥大中也起着重要作用。然而,在诸如肌营养不良和与年龄有关的肌脆性(肌肉减少症)之类的难治性肌肉疾病中,卫星细胞的数量和功能下降。因此,重要的是要了解肌肉再生疗法中卫星细胞的调节机制。

在成熟的骨骼肌中,卫星细胞通常处于休眠状态。肌肉受伤后受到刺激后,卫星细胞会迅速激活并反复增殖。在随后的肌生成过程中,它们通过与现有的肌纤维融合或一起融合来分化和再生肌纤维。在这三个步骤(卫星细胞激活,增殖和肌肉分化)中,对于第一步如何被激活知之甚少。

由于卫星细胞是在肌肉纤维受损时被激活的,因此研究人员推测,肌肉损伤本身可以触发激活。但是,这在肌肉损伤的动物模型中难以证明,因此他们构建了一种细胞培养模型,其中从小鼠肌肉组织中分离出的单个肌肉纤维受到了物理破坏和破坏。使用这种损伤模型,他们发现从受伤的肌肉纤维中泄漏的成分激活了卫星细胞,并且激活的细胞进入了细胞分裂的G1准备阶段。此外,当去除损坏的组件时,激活的单元返回到休眠状态,从而暗示损坏的组件充当激活开关。

研究团队在断裂的肌肉纤维之后将泄漏的成分命名为“受损的肌纤维衍生因子”(DMDF),并使用质谱法对其进行鉴定。大多数鉴定出的蛋白质是代谢酶,包括糖酵解酶(如GAPDH)和用作肌肉疾病和疾病的生物标记物的肌肉偏离酶。GAPDH被称为“月光蛋白”,除了在糖酵解中的原始功能外,还具有其他作用,例如细胞死亡控制和免疫应答介导。因此,研究人员分析了包括GAPDH在内的DMDF对卫星细胞活化的影响,并确认暴露导致其进入G1期。此外,研究人员将GAPDH注射到小鼠骨骼肌中,并观察到随后药物诱导的肌肉损伤后卫星细胞的增殖加速。这些结果表明,DMDF具有激活休眠卫星细胞并诱导损伤后快速肌肉再生的能力。断裂的肌肉激活卫星细胞的机制是一种非常有效的组织再生机制。

“在这项研究中,我们提出了一种新的肌肉损伤再生模型。但是,DMDF如何激活卫星细胞的详细分子机制仍然是未来研究尚不清楚的问题。除了卫星细胞激活之外,DMDF月光功能也有望多样化”,研究负责人小野裕介(Yusuke Ono)副教授说。“最近的研究表明,骨骼肌将影响大脑和脂肪等其他器官和组织的各种因素分泌到血液中,因此,DMDF可能通过血液循环参与受伤的肌肉与其他器官之间的联系。我们认为,进一步阐明DMDF的功能可以阐明某些肌肉疾病的病状,并有助于开发新药。”

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