通过激活肌肉细胞前体来促进肌肉细胞的再生
肌肉纤维中山中因子(OKSM)的诱导增加了肌原性祖细胞的数量。
衰老带来的众多影响之一就是肌肉质量的减少，这可能会导致老年人残疾。为了弥补这种损失，索尔克研究所(Salk Institute)的科学家们正在研究加速肌肉组织再生的方法，他们使用的是干细胞研究中常用的分子化合物的组合。
在《Nature Communications》杂志于2021年5月25日发表的一项研究中，研究人员显示，使用这些化合物通过激活小鼠的肌肉细胞前体，即肌原性祖细胞，促进了肌肉细胞的再生。尽管这种方法在应用于人类之前还需要做更多的工作，但这项研究为肌肉再生和生长相关的潜在机制提供了深入的了解，有朝一日可能帮助运动员和老年人更有效地再生组织。
“这些祖细胞的丧失与年龄相关的肌肉退化有关，”Salk教授Juan Carlos Izpisua Belmonte说，他是这篇论文的资深作者。“我们的研究揭示了能够加速肌肉再生的特定因素，并揭示了这一过程的机制。”
研究中使用的化合物通常被称为山中因子，以发现它们的日本科学家命名。山中因子是一种蛋白质组合(称为转录因子)，控制DNA如何被复制翻译成其他蛋白质。在实验室研究中，它们被用来将特殊的细胞，如皮肤细胞，转化为具有多能性的干细胞样细胞，这意味着它们有能力变成许多不同类型的细胞。
“我们的实验室之前表明，这些因素可以使细胞年轻，并促进活动物的组织再生，”第一作者Chao Wang说，他是Izpisua Belmonte实验室的博士后研究员。“但之前并不知道这是怎么发生的。”
肌肉再生是由肌肉干细胞介导的，也称为卫星细胞。卫星细胞位于结缔组织层(基板)和肌肉纤维(肌纤维)之间的生态位。在这项研究中，研究小组使用了两种不同的小鼠模型，以确定添加山中因子后肌肉干细胞特异性或小生境特异性的变化。他们将注意力集中在较年轻的小鼠身上，以研究与年龄无关的因素的影响。
在肌纤维特异性模型中，他们发现添加山中因子可以通过降低生态位中一种名为Wnt4的蛋白质的水平来加速小鼠的肌肉再生，而Wnt4反过来又激活了卫星细胞。相反，在卫星细胞特异性模型中，山中因子没有激活卫星细胞，也没有改善肌肉再生，这表明Wnt4在肌肉再生中起着至关重要的作用。
根据Roger Guillemin主席Izpisua Belmonte的说法，这项研究的观察结果可能最终导致针对Wnt4的新治疗方法。
“我们的实验室最近开发了新的基因编辑技术，可以用于加速受伤后的肌肉恢复和改善肌肉功能，”他说。“我们有可能利用这项技术直接降低骨骼肌中的Wnt4水平，或者阻断Wnt4和肌肉干细胞之间的通信。”
研究人员还在研究其他使细胞恢复活力的方法，包括使用信使RNA和基因工程。这些技术最终可能导致促进组织和器官再生的新方法。
