成體干細(xì)胞存在于機(jī)體的各種組織器官中。成年個(gè)體組織中的成體干細(xì)胞在正常情況下大多處于休眠狀態(tài)，在病理狀態(tài)或在外因誘導(dǎo)下可以表現(xiàn)出不同程度的再生和更新能力。胚胎的肌肉發(fā)育過(guò)程中，成肌細(xì)胞首先分化成一定數(shù)量的肌肉前體細(xì)胞，然后分化并融合形成多核肌肉細(xì)胞。附著于肌細(xì)胞表面的肌衛(wèi)星細(xì)胞具有干細(xì)胞性質(zhì)，當(dāng)肌細(xì)胞受損后，肌衛(wèi)星細(xì)胞可增殖分化，參與肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)。
正常情況下，肌衛(wèi)星細(xì)胞并不會(huì)發(fā)生融合，只有肌肉發(fā)生損傷時(shí)這種修復(fù)能力才被喚醒。關(guān)于肌衛(wèi)星細(xì)胞如何獲得這種能力的具體分子機(jī)制目前并不了解。也不清楚這種肌衛(wèi)星細(xì)胞和胚胎發(fā)育過(guò)程中肌肉細(xì)胞的分化是否使用同樣的分子信號(hào)。
小鼠的胚胎發(fā)育和成年再生過(guò)程中，成肌細(xì)胞融合涉及大量信號(hào)分子，但是過(guò)去并沒(méi)有廣泛使用基因敲除動(dòng)物進(jìn)行肌肉細(xì)胞融合方面的深入研究，也沒(méi)有確定成體肌肉細(xì)胞再生的必要分子。如果缺乏某些細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)分子，如Rac1、cdc42和N-WASP，動(dòng)物出生后不久會(huì)因?yàn)槌杉〖?xì)胞融合功能喪失而死亡。但科學(xué)家對(duì)這些分子的肌肉再生功能并不清楚，對(duì)一些再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用的分子如CD9、CD81和MOR23 對(duì)胚胎肌肉發(fā)育的功能也沒(méi)有深入探討。Myoferlin是比較特殊的分子，對(duì)胚胎肌肉發(fā)育和成體再生都有作用，該基因敲除動(dòng)物能存活，動(dòng)物會(huì)因?yàn)榧∪馊诤瞎δ芟陆祵?dǎo)致肌肉發(fā)育不良，成年后肌肉再生能力下降，不過(guò)這種動(dòng)物的成肌細(xì)胞仍然保持一定肌肉細(xì)胞融合能力。成肌蛋白是決定胚胎肌肉細(xì)胞融合的分子，缺乏該基因的動(dòng)物出生因?yàn)榧∪獍l(fā)育缺陷而死亡，但對(duì)這種分子的信號(hào)途徑缺乏了解。成肌蛋白是得克薩斯大學(xué)分子生物學(xué)系Eric Olson等2013年首先發(fā)現(xiàn)的一種骨骼肌特異蛋白，它是成肌細(xì)胞融合到多核肌肉細(xì)胞必須的調(diào)節(jié)因子。小鼠成肌蛋白基因缺陷成肌細(xì)胞融合功能完全喪失。
Eric N. Olson教授最近研究發(fā)現(xiàn)，但肌肉受損傷后，肌肉組織內(nèi)成肌蛋白表達(dá)增加，調(diào)節(jié)這種基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子是兩種bHLH家族分子MyoD和myogenin，bHLH堿性螺旋-環(huán)-螺旋是一種蛋白結(jié)構(gòu)域，擁有此蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)成為一個(gè)蛋白質(zhì)家族，這些蛋白質(zhì)大多可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄作用。bHLH蛋白質(zhì)常形成雙體而后辨識(shí)DNA，并調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。它們參與許多重要的發(fā)育與生理功能，包含肌肉的發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)的分化、氣管生成、低氧感應(yīng)、芳香烴感應(yīng)、生物時(shí)鐘等。最新這一研究論文發(fā)表在Genes Dev雜志。
圖成肌蛋白基因缺陷后成體肌肉細(xì)胞再生功能障礙。（Myomakeris necessary for muscle regeneration. (A) Time course of tamoxifen (TMX) andCTX treatment. TA muscles were analyzed9 d post-injury. (B) H&E-stained sections from control and myomakerscKOmice show a complete lack of regeneration after genetic deletion of myomaker insatellite cells. Bars: top image, 500 mm; bottom image, 100 mm. (C) Myosin anddesmin staining revealed a dramatic loss of muscle cells and no regeneratedmuscle fibers in myomakerscKO TA. Bar, 20 mm）
研究人員首先用報(bào)告基因方法確定了急性和慢性肌肉損傷時(shí)，肌肉組織內(nèi)成肌蛋白表達(dá)均會(huì)明顯增加。對(duì)成肌蛋白基因調(diào)控序列分析初步確定了兩種bHLH家族分子MyoD和myogenin可能是該基因的轉(zhuǎn)錄因子，采用慢性心臟毒素肌肉損傷模型證明這兩種轉(zhuǎn)錄因子活性增加，細(xì)胞學(xué)研究證明心臟毒素可提高衛(wèi)星細(xì)胞內(nèi)MyoD和myogenin基因表達(dá)，選擇性敲除衛(wèi)星細(xì)胞后，衛(wèi)星細(xì)胞分化能力不受影響，但再生融合能力完全缺陷（圖）。這一研究證明，成肌蛋白不僅是肌肉胚胎發(fā)育中是細(xì)胞融合的關(guān)鍵分子，在成體肌肉細(xì)胞再生融合過(guò)程也具有決定性作用。這一新發(fā)現(xiàn)給肌肉再生的研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。
文獻(xiàn)來(lái)源：MillayDP, Sutherland LB, Bassel-Duby R, Olson EN.Myomaker is essential for muscleregeneration. Genes Dev. 2014;28:1641-6. doi: 10.1101/gad.247205.114.
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