骨骼肌卫星细胞成肌化机制研究进展

骨骼肌卫星细胞成肌化机制研究进展李江(综述);方克伟(审校)【摘要】骨骼肌是人体的重要组织，除运动、呼吸、循环系统等方面的作用外，骨骼肌还是一个分泌组织并参与信号传导。

随着卫星细胞的发现及其成肌化机制研究的深入，颠覆了骨骼肌损伤是不可逆的观点。

卫星细胞可通过增殖活化、分化、融合成肌纤维修复骨骼肌损伤，其成肌化受多种因素的影响。

文中将从调控因子、细胞外基质、衰老、表观遗传因子、疾病等影响因素的研究进展进行综述。

%Skeletal muscle is an important tissue of the human body .Besides the roles in the motion system , the respiratory system, and the circulatory system , skeletal muscle also can be a secreting tissue and participate in signal transduction .As the finding of satellite cell and its muscle formation , th e viewpoint that skeletal muscle′s injure is irreversible has becoming an history .Using sat-ellite cells to form muscle can be used to treat injury of skeletal muscle .However , the process is affected by many factors , such as ex-tracellular matrix, regulation factors, age, disease, epigenetic and so on.This paper summarizes the latest study progress of satellite cell muscle formation .【期刊名称】《医学研究生学报》【年(卷),期】2016(029)009【总页数】5页(P999-1003)【关键词】卫星细胞;骨骼肌;细胞外基质;衰老;基因;修饰【作者】李江(综述);方克伟(审校)【作者单位】650101 昆明，昆明医科大学第二附属医院泌尿外科;650101 昆明，昆明医科大学第二附属医院泌尿外科【正文语种】中文【中图分类】R363[DOI] 10.16571/ki.1008-8199.2016.09.023骨骼肌是人体的重要组织，主要分布于四肢及躯干，其重量占到人体的40%，在运动、呼吸、循环系统等方面发挥重要作用。

骨骼肌还是一个分泌组织，可分泌多种细胞因子、脂肪因子及肌肉因子，如肌管细胞分泌IL-8水平升高可导致肌微血管受损，进而葡萄糖调节紊乱、导致糖尿病发生[1]；肌肉胰岛素细胞的信号传导机制缺陷被认为是2型糖尿病的主要病因[2]。

骨骼肌组织功能的维持有赖于结构的完整。

损伤是骨骼肌结构破坏、功能失常的主要原因。

骨骼肌由高度分化的，已失去有丝分裂功能的肌管融合形成的肌纤维构成，因此过去观点认为骨骼肌损伤是不可逆的，并认为其修复主要以瘢痕修复为主。

随着卫星细胞的发现及其成肌化机制研究的深入，这种观点已被颠覆。

利用卫星细胞可以治疗骨骼肌损伤性疾病；该治疗的重要前提是认识肌卫星细胞休眠、静止、活化、分化等机制。

文中对卫星细胞的成肌化机制研究现状作一综述。

肌卫星细胞是指成年个体肌肉组织内存留的肌前体细胞，属于成体干细胞范畴，形成于胎儿期肌纤维形成后17.5 d。

肌卫星细胞于1961年由毛罗使用电子显微镜在青蛙肌纤维表面第一次观察到并将其描述为“位于肌细胞基膜和肌膜之间，为小梭形、扁平、分化不成熟的单核细胞”。

当负荷增加或组织损伤时，卫星细胞呈现不对称的有丝分裂，开始活化和分裂。

活化的肌卫星细胞迁移至损伤部位并终末分化、融合形成肌纤维；而对称分裂所产生的细胞则维持卫星细胞池的数量以应对再次的应激。

不同状态的肌卫星细胞虽然他们有许多共同的行为特征，但其转录水平和功能已不同。

1.1 静止状态大多数的卫星细胞是静态的，肌肉损伤时才会活化并迁移到损伤部位参与修复，这对保持卫星细胞增殖和分化潜能较为重要。

静止卫星细胞表达CD34，Pax7，Pax7是目前用于识别或鉴定静止卫星细胞最可靠的指标。

在成年小鼠机体内，诱导Pax7失活后引起绝大多数卫星细胞失活，极少的幸存者也表现出异染色质凝聚减少[3]。

体内表达Pax7的卫星细胞中约10%从不表达Myf5，Pax7+/Myf5-卫星细胞较Pax7+/Myf5+表现出更高的静止性[4]。

在静止状态下,细胞周期的负性调控因子如细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂P21、P57上调，同时发现Myf5和Pax7、Gli2等细胞周期正性调控因子也表达上调。

1.2 活化状态损伤或疾病等刺激引起的损伤修复中，静止的卫星细胞活化并进入细胞周期，通过非对称的分裂方式产生活化的卫星细胞即成肌细胞。

MyoD蛋白是活化标志,表达于活化细胞，而不会出现在细胞静止期。

MyoD的激动剂构树醇-P是一种具有抗氧化功能的天然化合物，通过增加MyoD基因转录活性的活化促进成肌细胞的分化[5]。

生肌调节因子Myf5在卫星细胞活化的早期阶段表达上调。

Myf5也可作为一个RNA结合蛋白结合CCND1基因的3′非翻译区(UTR)和编码区(CR)促进卫星细胞活化增殖[6]。

1.3 分化活化的卫星细胞继续受到成肌化因素的作用而发生细胞分化，表现为成肌细胞相互融合形成多核的肌管进而融合成肌纤维。

MRF4或Myf6在成熟肌肉细胞核表达水平较高。

肌球蛋白重链是肌管的一个标志。

另一个晚期分化标志物肌钙蛋白T，将原肌球蛋白及肌钙蛋白连接成原肌球蛋白复合体，原肌球蛋白复合体间相互作用导致骨骼肌收缩。

卫星细胞多定向分化为骨骼肌，但利用成骨细胞特异性转录因子α1(corebinding factor 1，Cbfα1)重组的腺病毒载体感染小鼠成肌细胞系C2C12，可诱导向成骨细胞分化[7]。

1.4 休眠作为生理状态的补充，卫星细胞休眠状态的发现和研究起源于动物尸体。

死亡达17 d尸体取样表明，尽管肌肉坏死，卫星细胞(使用CD56和NCAM抗体检测)保持在一个比较好的形状。

这些细胞体外培养显示出分裂能力并能融合形成新的肌纤维，移植仍有活力。

之后研究证明了这种特殊的状态是由死亡后处于静止状态的卫星细胞转化而来。

休眠相比静止期代谢状态更低。

休眠细胞与静止状态相比消耗氧下降28%，线粒体质量下降了30%，且几乎不进行转录[8]。

2.1 调控因子细胞周期负性调控因子如细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂P21、P57上调抑制肌卫星细胞分化。

骨骼肌特异性TGF-β家族成员之一的肌肉生长抑制素(myostatin， MSTN)可诱导P21表达，促进体外卫星细胞的休眠和静止，而通过靶向基因敲除MSTN的活化期卫星细胞稳定性增加，回到静止状态[9]。

MSTN还可抑制卫星细胞活化，其他TGF-β家族成员如TGF-β2，TGF-β3和INHbetaa1也发挥主要的调节作用[10]。

此外，Pax7基因抑制肌肉分化，在Myf5阴性卫星细胞诱导Pax7失活后，大多数静止细胞开始分化并表达生肌调节Myf5、MyoD[3]。

在骨骼肌，lmo7作为转录因子调节骨骼肌基因表达，包括PAX3，PAX7，MyoD和Myf5[11]。

2.2 细胞外基质干细胞存活在特定的细胞外基质中，这个微环境通常称为生态位或小生境。

卫星细胞的生态位是一个电信号和化学信号动态传递的，联系细胞外因素，调节细胞状态和细胞池储备的特定环境。

越来越多的证据表明细胞外基质的组成成分在调节肌肉卫星细胞生态位中扮演着不可或缺的角色。

细胞外基质的改变，对卫星细胞的成肌化有深远的影响。

2.2.1 细胞外基质组分肌卫星细胞位于基底层，与周围结缔组织相分隔。

细胞外基质包含胶原、层粘连蛋白、纤连蛋白和糖胺聚糖。

由于成分复杂且相互间的作用，许多研究人员已经转向具有特定的组件或属性的体外细胞培养模型。

当卫星细胞从生态位移出即迅速进入细胞周期并失去静止特性,而培养于使用仿生水凝胶包被的培养板可减少卫星细胞活化[12]，仿生水凝胶的刚度接近于卫星细胞内环境，其刚度约12kpa。

体外培养使用I型胶原包被相比基质胶、胶原蛋白，能够增加静止标志Pax7的表达。

纤维连结蛋白作为一个单独的细胞外基质蛋白对卫星细胞池的维护是决定性的。

这些数据表明细胞外基质的主要成分可能在维持卫星细胞静止在体内发挥作用。

细胞外基质对于细胞活化也发挥重要作用。

在普通培养条件下，肌管形成减少、分化能力受限，这可能是缺少特定的细胞外基质蛋白提供肌管形成的附着点。

I型胶原添加层粘连蛋白和巢蛋白进行培养板包被可提供这种支点，增强肌管形成[13]。

反复损伤的骨骼肌修复能力会升高，这种重复获益效应的产生可能与细胞外基质组分变化相关。

在一项间隔一个月的运动性肌肉疲劳实验中，人体大腿肌肉活检显示胶原蛋白I，III，和IV均升高，而卫星细胞含量约升高达80%[14]。

这是细胞外基质的可塑性及其对卫星细胞成肌化作用的一种可能机制。

2.2.2 细胞外基质刚度细胞外基质刚度是指抵御外力，维持细胞外环境稳态的能力。

与此相应的是细胞体外培养时，不同材料的培养板会对细胞生长产生影响。

分离单个肌纤维并在体外培养，第一天肌纤维就开始萎缩瓦解，而肌膜下的卫星细胞则大量增殖。

原子力显微镜下发现倒塌的肌纤维较完整的肌纤维刚度更大，这可能是受损肌肉修复的一个机制[15]，也证明了生理状态下的刚度可能有助于维持卫星细胞静止。

新鲜分离的小鼠卫星细胞培养在刚度近似肌肉的聚氧乙烯水凝胶中，细胞具有更强的生存力和更高的Pax7表达水平。

最近根据骨骼肌细胞固有的导电性和电化学活性，模仿胶原纤维束排列的、具有导电性的纳米材料对体外培养的C2C12细胞培养板进行涂层，可使生肌调节因子Myf5、肌细胞生成素MyoG、肌分化因子MyoD表达上调，增强成肌细胞的分化和成熟能力[16]。

这些新材料在组织工程和仿生学的运用有助于对细胞外基质的充分认识。

2.3 衰老或老化随着年龄增长，骨骼肌再生潜能显著下降。

在衰老生理条件下，老化的卫星细胞自噬能力下降或年轻细胞吞噬的遗传基因受损，蛋白质自稳态受损，线粒体功能障碍和氧化应激增加，从而导致骨骼肌功能减退、卫星细胞数目减少；重新建立自噬机制则可逆转衰老和恢复老年卫星细胞再生功能[17]。

卫星细胞凋亡和毛细血管功能障碍，也被证实与这种衰老现象相关[18]，且老年人(>70岁)I、 II 型肌纤维中的卫星细胞分布不均匀，在II型纤维中下降尤其明显[19]。