新研究揭示促进肌肉再生和重建组织的方法

衰老的许多影响之一是肌肉质量的损失，这导致了老年人的残疾。为了应对这种损失，索尔克研究所的科学家们正在研究加速肌肉组织再生的方法：使用干细胞研究中常用的分子化合物组合。2021年5月25日发表在《自然通讯》上的一项研究显示，使用这些化合物通过激活肌肉细胞的前体（称为生肌祖细胞），增加了小鼠肌肉细胞的再生能力。

尽管在这种方法能够应用于人类之前还需要更多的工作，但这项研究提供了与肌肉再生和生长有关的潜在机制的洞察力，并且有一天可以帮助运动员以及衰老的成年人更有效地进行组织再生。

'论文的资深作者、索尔克大学教授胡安·卡洛斯·伊兹皮苏阿·贝尔蒙特说：'这些祖细胞的丧失与年龄相关的肌肉退化有关。'我们的研究发现了能够加速肌肉再生的特定因素，并揭示了这种情况发生的机制'。

诱导肌肉纤维中的山中因子（OKSM）增加了肌原性祖细胞的数量。上面是对照组；下面是治疗组。红粉色是Pax7，一种肌肉干细胞标志物。蓝色表示肌肉细胞核。资料来源：索尔克研究所

该研究中使用的化合物通常被称为山中因子，以发现它们的一名日本科学家命名。山中因子是一种蛋白质的组合（称为转录因子），主要控制DNA如何被复制以翻译成其他蛋白质。在实验室研究中，它们被用来将专门的细胞，如皮肤细胞转换成更多类似干细胞的细胞，这些细胞能力多样，这意味着它们可以成为许多不同类型的细胞。

'我们的实验室之前表明，这些因子可以使细胞恢复活力，并促进活体动物的组织再生，'第一作者Wang Chao说，他是Izpisua Belmonte实验室的一名博士后研究员。'但这是如何发生的，以前并不清楚'。

肌肉再生是由肌肉干细胞介导的，它们也叫卫星细胞。卫星细胞位于一层结缔组织（基底层）和肌肉纤维（肌纤维）之间的壁龛中。在这项研究中，该团队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利基特异性的变化，他们专注于使用年轻的小鼠，因为研究这些因素的影响与年龄无关。

在肌纤维特异性模型中，他们发现添加山中因素后，通过降低利基中一种名为Wnt4的蛋白质的水平，实现加速了小鼠的肌肉再生，这反过来又激活了卫星细胞。相比之下，在卫星细胞特异性模型中，山中因素没有激活卫星细胞，也没有改善肌肉再生，这表明Wnt4在肌肉再生中发挥着重要作用。

据担任Roger Guillemin教席的Izpisua Belmonte说，这项研究的观察结果最终可能导致通过针对Wnt4的新疗法。

他说：'我们的实验室最近开发了新的基因编辑技术，可用于加速受伤后的肌肉恢复并改善肌肉功能。今后有可能利用这种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交流。'

研究人员还在研究其他使细胞恢复活力的方法，包括使用mRNA和基因工程。这些技术最终可能带来促进组织和器官再生的新方法。