骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的研究進(jìn)展①

仝昕煒

(揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院 江蘇揚(yáng)州 225100)

骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的研究進(jìn)展①

仝昕煒

(揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院 江蘇揚(yáng)州 225100)

骨骼肌是由多核肌纖維組成的終末分化細(xì)胞,成體肌纖維失去有絲分裂的能力,因此骨骼肌損傷多為不可逆的病變。肌衛(wèi)星細(xì)胞是一類存在于肌細(xì)胞基底膜與肌膜之間的成體干細(xì)胞,作為肌源性干細(xì)胞在肌肉組織損傷損傷后,能夠在激活后發(fā)揮良好的增殖、分化能力,在骨骼肌損傷的修復(fù)和再生過程中發(fā)揮重要作用。該文對(duì)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞自我更新的分子調(diào)節(jié)機(jī)制及其可能的信號(hào)傳導(dǎo)通路進(jìn)行探討。

肌衛(wèi)星細(xì)胞自我更新 骨骼肌再生 Wnt信號(hào)通路 Notch信號(hào)通路

1 肌衛(wèi)星細(xì)胞概述

1.1 肌衛(wèi)星細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

肌衛(wèi)星細(xì)胞是在1961年由Mauro發(fā)現(xiàn)，肌衛(wèi)星細(xì)胞(Skeletalsatellite cell，SSC)是一類分布于肌細(xì)胞基底膜與肌膜之間的成體干細(xì)胞，其位置與排列類似肌細(xì)胞的衛(wèi)星，故稱衛(wèi)星細(xì)胞[1]。肌衛(wèi)星細(xì)胞是成年個(gè)體肌肉組織內(nèi)留存的未分化的肌前體細(xì)胞(Muscle progenitor cell，MPC)，位于肌纖維基底膜和基膜之間，具有增殖、分化等自我更新的潛能[2]。在成年機(jī)體的骨骼肌中，肌衛(wèi)星細(xì)胞含量較少，大約占比1%～4%。

1.2 肌衛(wèi)星細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)

在靜息狀態(tài)下，SSC細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器也較少，核質(zhì)比率較高；其細(xì)胞核比肌管細(xì)胞核小，其異染色質(zhì)含量比肌細(xì)胞核高。伴隨年齡增長，SSC的豐度逐漸減少，SSC肌源性分化和自我更新的潛能仍保留，但更新能力隨之降低[3]。

1.3 肌衛(wèi)星細(xì)胞的特異性標(biāo)記與鑒定

骨骼肌特異性標(biāo)記蛋白的表達(dá)可作為SSC的鑒定指標(biāo)，認(rèn)識(shí)分子標(biāo)志是對(duì)各階段肌細(xì)胞進(jìn)行鑒定的依據(jù)。高度糖基化I型跨膜蛋白(CD34)在造血干細(xì)胞、肌源細(xì)胞和SSC上均有表達(dá)，在分化程度越低的細(xì)胞中表達(dá)率越高；M鈣調(diào)蛋白是肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖與融合的標(biāo)志；Pax3是肌源細(xì)胞的標(biāo)志物， Pax7在靜息和活化的衛(wèi)星細(xì)胞核內(nèi)均有表達(dá)。

配對(duì)盒轉(zhuǎn)錄因子(Paired box gene 7，Pax7)屬于Pax基因家族的第7組，是在進(jìn)化上高度保守的發(fā)育調(diào)控基因，具有強(qiáng)有力的生肌性誘導(dǎo)能力，能夠使干細(xì)胞定向轉(zhuǎn)變?yōu)樯⌒约?xì)胞，在骨骼肌發(fā)育和再生中起著至關(guān)重要的作用[4]。成肌蛋白(Myo blast determination protein，MyoD)屬于肌原性堿性螺旋環(huán)的轉(zhuǎn)錄因子，在肌肉發(fā)育和再生中的細(xì)胞分化和自我更新密切相關(guān)[5]。通過觀察Pax7在肌細(xì)胞中表達(dá)含量的變化，可以識(shí)別衛(wèi)星細(xì)胞所處時(shí)期。其變化規(guī)律為：衛(wèi)星細(xì)胞在靜息狀態(tài)下Pax7 表達(dá)陽性、MyoD表達(dá)陰性；衛(wèi)星細(xì)胞增殖時(shí)，Pax7和MyoD表達(dá)均為陽性；在分化和融合階段，Pax7表達(dá)陰性、MyoD陽性[2]。

1.4 肌衛(wèi)星細(xì)胞的自我更新

衛(wèi)星細(xì)胞自我更新的過程包括，當(dāng)肌纖維受損時(shí)，靜默狀態(tài)的衛(wèi)星細(xì)胞被激活進(jìn)入有絲分裂循環(huán)；活化的衛(wèi)星細(xì)胞向受損部位遷移，同時(shí)進(jìn)行自我復(fù)制和增殖；隨后衛(wèi)星細(xì)胞分化，彼此融合形成肌管細(xì)胞，使肌纖維再生。肌衛(wèi)星細(xì)胞在激活后有3種去向：一是肌衛(wèi)星細(xì)胞之間相互融合，融合成為新的肌纖維細(xì)胞；二是與受損肌纖維末端融合，為肌細(xì)胞提供新的細(xì)胞核，實(shí)現(xiàn)肌細(xì)胞修復(fù)再生；三是返回成為靜息的肌衛(wèi)星細(xì)胞；這3種模式在衛(wèi)星細(xì)胞自我更新的過程中交替進(jìn)行。[6]

2 細(xì)胞因子對(duì)肌衛(wèi)星細(xì)胞自我更新的影響

2.1 白血病抑制因子

圖1 Notch、Wnt通路與SSC

白血病抑制因子(LIF)與IL-6與具有相同的受體，在肌肉再生中發(fā)揮協(xié)同作用。在LIF基因突變的大鼠骨骼肌中，肌肉損傷的修復(fù)再生能力明顯下降；LIF基因恢復(fù)后，骨骼肌再生能力顯著增強(qiáng)，骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞能夠正常進(jìn)行自我更新，并形成新的肌纖維組織[7]。

2.2 轉(zhuǎn)化生長因子

轉(zhuǎn)化生長因子β是重要的細(xì)胞因子，在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長的過程中發(fā)揮重要作用。轉(zhuǎn)化生長因子β家族成員在肌肉增殖和分化中發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)作用。轉(zhuǎn)化生長因子β家族中的新成員GDF-8受到廣泛關(guān)注，GDF-8是一種細(xì)胞外的糖蛋白，又稱為生長抑制素，在骨骼肌特異性生長發(fā)育中充當(dāng)抑制因子的角色。它對(duì)骨骼肌生長發(fā)育的負(fù)調(diào)節(jié)作用尤為突出，GDF-8基因的缺失能夠使肌細(xì)胞快速增殖，肌肉生長發(fā)育顯著增強(qiáng)[8]。

2.3 血小板衍生生長因子

血小板衍生生長因子由PDGF-AB、PDGF-AA和PDGFBB3個(gè)成員組成。血小板衍生生長因子以特定形式調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖，其中PDGF-AB和PDGF-BB能通過PDGF-BB受體促進(jìn)C2C12衛(wèi)星細(xì)胞增殖，因此PDGF-BB的調(diào)控作用最強(qiáng)。

3 肌衛(wèi)星細(xì)胞自我更新的信號(hào)通路

3.1 Notch信號(hào)通路

Notch信號(hào)通路在衛(wèi)星細(xì)胞的相互作用、維持肌肉組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及肌細(xì)胞再生中起著重要的作用。在哺乳動(dòng)物中， Notch受體有4種(Notch1-4)，其配體包括Dll 1、3、4，jag1和jag2。當(dāng)Notch受體與其配體結(jié)合后，Notch的細(xì)胞內(nèi)區(qū)域(Notch intracellular domain，NICD)發(fā)生溶蛋白性裂解，隨后NICD遷移至細(xì)胞核，并與轉(zhuǎn)錄因子(CRT/DRE binding factor 1，CBF1)結(jié)合形成復(fù)合物，激活Notch通路靶基因的轉(zhuǎn)錄。

Notch信號(hào)通路能夠影響骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的特異性及其細(xì)胞的命運(yùn)。衛(wèi)星細(xì)胞增殖并轉(zhuǎn)化為肌源性細(xì)胞系，此過程主要是Notch信號(hào)通路發(fā)揮調(diào)節(jié)作用；而衛(wèi)星細(xì)胞分化是由Wnt信號(hào)通路調(diào)控，兩者之間是通過GSK-3β進(jìn)行“對(duì)話”。Notch通路激活時(shí)，GSK-3β處于激活狀態(tài)并被磷酸化，β-eatenin脫離破壞復(fù)合體并被泛素化，進(jìn)而被蛋白酶體降解。研究結(jié)果表明，β-catenin在成體大鼠的成肌細(xì)胞中表達(dá)，會(huì)增加呈現(xiàn)Pax7 陽性和MyoD陰性的衛(wèi)星細(xì)胞的比例，從而降低進(jìn)入分化途徑的衛(wèi)星細(xì)胞的比例。Notch信號(hào)通路通過β-catenin陰性表達(dá)抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄和衛(wèi)星細(xì)胞的自我更新。因此，Notch信號(hào)通路是防止肌原干細(xì)胞和祖細(xì)胞過早分化的主要信號(hào)途徑。(如圖1)

3.2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路

在Wnt信號(hào)通路中， Wnt蛋白屬于分泌信號(hào)分子大家族的成員。Wnt信號(hào)通路可分為典型的Wnt信號(hào)通路和非典型的Wnt信號(hào)通路，Wnt信號(hào)通路在細(xì)胞分化過程中起重要調(diào)節(jié)作用。βcatenin是鈣粘著蛋白復(fù)合物的亞型，在Wnt信號(hào)通路充當(dāng)?shù)诙攀拱l(fā)揮重要作用，β連環(huán)蛋白(β-catenin)是Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的核心成分，它的激活決定著下游相關(guān)目的基因的調(diào)控。經(jīng)典Wnt通路通過誘導(dǎo)β-catenin轉(zhuǎn)運(yùn)并最終激活靶基因的信號(hào)通路，調(diào)控肌源性前體細(xì)胞(衛(wèi)星細(xì)胞)的分化。

當(dāng)Wnt蛋白存在時(shí)，抑制GSK-3β磷酸化，β-catenin無法被蛋白酶降解，從而得以維持并在胞質(zhì)內(nèi)累積，進(jìn)入核內(nèi)與細(xì)胞因子(TCF)和淋巴細(xì)胞增強(qiáng)子(LEF) 瞬時(shí)性締合，TCF發(fā)生磷酸化并解除抑制，啟動(dòng)經(jīng)典Wnt信號(hào)通路靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，調(diào)控細(xì)肌胞分化、凋亡等過程。當(dāng)Wnt蛋白缺乏時(shí)，胞質(zhì)內(nèi)的GSK-3β磷酸化，β-eatenin脫離破壞復(fù)合體并被泛素化，進(jìn)而被蛋白酶體降解，在TCF轉(zhuǎn)錄輔助因子的作用下，競爭性抑制Wnt靶基因的表達(dá)[9]。

4 結(jié)語

骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞作為肌源性干細(xì)胞，在肌肉修復(fù)再生方面發(fā)揮重要的作用。衛(wèi)星細(xì)胞的自我更新與多種信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活有關(guān)，但關(guān)于骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖、分化的自我更新機(jī)制仍存在爭議，仍需要研究進(jìn)一步證實(shí)。

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Q813

A

2095-2813(2017)02(a)-0022-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.04.022

仝昕煒(1992，6—)，女，漢，江蘇徐州人，碩士研究生在讀，研究方向：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。