相關(guān)因子對(duì)骨骼肌損傷衛(wèi)星細(xì)胞的修復(fù)研究

【摘 要】繼1961年有人發(fā)現(xiàn)并推測(cè)衛(wèi)星細(xì)胞是處于休眠狀態(tài)的成肌細(xì)胞，在儲(chǔ)備保持到所需的骨骼肌修復(fù)。經(jīng)多年積累，直到發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星細(xì)胞和肌肉再生在成肌細(xì)胞之間的聯(lián)系，終于成立證據(jù)。隨后，它被證明，嫁接時(shí)，衛(wèi)星細(xì)胞也可以自我更新，賦予他們的“干細(xì)胞”令人垂涎的位。在這里，我們回顧一下相關(guān)生長(zhǎng)因子對(duì)運(yùn)動(dòng)性損傷衛(wèi)星細(xì)胞再生中的影響。

【關(guān)鍵詞】相關(guān)因子；衛(wèi)星細(xì)胞；修復(fù)

1 引言

骨骼肌是胚胎發(fā)育過(guò)程中形成一個(gè)子集的肌肉前提細(xì)胞，而產(chǎn)生分化的肌纖維和肌肉形成的干細(xì)胞被稱為衛(wèi)星細(xì)胞。衛(wèi)星細(xì)胞對(duì)肌纖維出生后的肌肉生長(zhǎng)和修復(fù)負(fù)責(zé)，衛(wèi)星細(xì)胞功能如果出現(xiàn)故障可能導(dǎo)肌肉損壞和肌肉損傷的恢復(fù)，此類故障的出現(xiàn)會(huì)造成越來(lái)越重要的漸進(jìn)式肌肉疾病。肌衛(wèi)星細(xì)胞和澄清的細(xì)胞和分子介質(zhì)控制，它們的活動(dòng)表明這些細(xì)胞有希望成為治療的目標(biāo)。1961年 Mauro 對(duì)青蛙纖維細(xì)胞邊緣相連的細(xì)胞進(jìn)行描述，并根據(jù)其所處的位置命名為衛(wèi)星細(xì)胞。骨骼肌通常是一種有絲分裂后的組織，然而，當(dāng)適當(dāng)?shù)拇碳は拢梢蕴岣吖趋兰〉馁|(zhì)量。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，它被主要地由于被活化而增殖和融合的衛(wèi)星細(xì)胞。衛(wèi)星細(xì)胞，這是肌源性干細(xì)胞，被認(rèn)為是多能干細(xì)胞。他們通常是靜態(tài)和居住在成年骨骼肌對(duì)成熟的骨骼肌纖維緊密并列的基底膜下方。衛(wèi)星細(xì)胞群約占總核的2-5%的成年肌肉。從形態(tài)學(xué)的角度來(lái)講，衛(wèi)星細(xì)胞一般為小棱形扁平的單核細(xì)胞。超微結(jié)構(gòu)反映出它是一種分化不成熟的細(xì)胞，核在胞漿內(nèi)位置不對(duì)稱，一端細(xì)長(zhǎng)，體積與相鄰的肌管細(xì)胞的核相比較小，核膜下異染色體成群聚集，未見(jiàn)核仁，核漿比例小，與肌細(xì)胞相比其異染色質(zhì)的量較高，胞漿一端含少量的細(xì)胞器，如游離核糖體、小泡及微絲、中間絲和微管等，核周有少量的小體積的線粒體，偶見(jiàn)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基膜系統(tǒng)、糖原顆粒和髓鞘結(jié)構(gòu)等，有時(shí)核旁可見(jiàn)成對(duì)的中心粒。有人從成體單個(gè)纖維中分離之后，衛(wèi)星細(xì)胞可以在體外培養(yǎng)條件下發(fā)生分裂，并分化產(chǎn)生肌管。研究表明，衛(wèi)星細(xì)胞是保留在成年骨骼肌內(nèi)具有增值分化能力的肝細(xì)胞，是出生后骨骼肌再生和修復(fù)的源泉。

2 生長(zhǎng)因子在骨骼肌被激活過(guò)程中的影響

骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖與分化是由細(xì)胞連接、細(xì)胞與細(xì)胞外間質(zhì)的相互作用及生長(zhǎng)因子決定的，其中生長(zhǎng)因子的作用顯著。已知的調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞增殖與分化的生長(zhǎng)因子包括：肌分化因子（MyoD），成肌調(diào)節(jié)因子（Myf5）成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF），轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)因子β（transforming growth factor-β T G f-β）胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin like growth factor-l ， IGF-I； insulin like growth factor-H I G f-H） 肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor-GF） 表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor EGF）等。但在FGF家族中FGF1 - FGF作用2 - FGF4 - FGF6 - FGF9能夠明顯促進(jìn)衛(wèi)星細(xì)胞增殖，而FGF5-FGF7-FGF8的則不明顯.關(guān)于FGF促進(jìn)衛(wèi)星細(xì)胞增殖的機(jī)制不是十分清楚。

2.1 HMGA2/IGF2BP2

HMGA2是屬于一個(gè)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的小高遷移率組（HMG）蛋白的轉(zhuǎn)錄輔助調(diào)節(jié)因子。HMGA蛋白可以通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)或通過(guò)招募其他蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)復(fù)合物。胚胎發(fā)育過(guò)程中HMGA2的高度表達(dá)在各種未分化的組織，但在大多數(shù)成人組織中是關(guān)閉的。此外，HMGA2經(jīng)常發(fā)現(xiàn)腫瘤樣本中被上調(diào)，這意味著它可能在控制細(xì)胞增殖中發(fā)揮作用最近的研究表明，HMGA2表達(dá)，并可能在維持一定的成體干細(xì)胞，并對(duì)維持干細(xì)胞發(fā)生作用。近日有報(bào)道稱，HMGA2是必不可少的自我更新年輕，但不老的神經(jīng)干細(xì)胞，部分通過(guò)p16基因INK4A調(diào)節(jié)。然而，HMGA2對(duì)p16基因的調(diào)節(jié)INK4A似乎是間接的，而且HMGA2的其他重要下游效應(yīng)仍有待確定。在組織培養(yǎng)系統(tǒng)提示HMGA2在胚胎干（ES）細(xì)胞中肌肉再生增強(qiáng)和肌球蛋白重鏈（MHC）表達(dá)。但目前還不清楚HMGA2是否如此簡(jiǎn)單地通過(guò)促進(jìn)胚胎干細(xì)胞分化為成肌系統(tǒng)還是HMGA2直接促進(jìn)成肌細(xì)胞的終末分化。

IGF2BP2是IGF2 mRNA結(jié)合蛋白（IMP）系列，其中包括IGF2BP1-3的成員。IGF2BP2包含四個(gè)KH結(jié)構(gòu)域和2的RRM結(jié)構(gòu)域以及可以結(jié)合到各種各樣的RNA9。IGF2BP2被證明結(jié)合IGF2 mRNA和提高IGF2翻譯。無(wú)論IGF2BP2還調(diào)節(jié)其他mRNAs的翻譯是未知的。HMGA2可以調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄IGF2BP2胚胎發(fā)育，但這種調(diào)控的生物學(xué)意義不明。類似HMGA2，的IGFBPs是被胚胎發(fā)育過(guò)程中高度表達(dá)，下調(diào)通常在成人組織，并恢復(fù)了在各種癌癥。“癌胚”基因IGF2BP2最出名的是它連接到2型糖尿病。然而，IGF2BP2的幾個(gè)功能的研究已經(jīng)報(bào)道，并在控制細(xì)胞增殖或肌肉發(fā)生中的潛在作用以前尚未解決。IGF2BP2的作用是通過(guò)結(jié)合和促進(jìn)各種mRNA的翻譯。此功能有助于解釋為什么HMGA2和IGF2BP2高度表達(dá)在增殖的成肌細(xì)胞，其中的轉(zhuǎn)錄和翻譯比在靜態(tài)干細(xì)胞或有絲分裂后的肌纖維更加活躍。IGF1的途徑是完善其在成肌細(xì)胞增殖的作用。IGF1刺激成肌細(xì)胞增殖，還具有賦予其刺激分化能力的雙相作用。雖然與C - myc基因相似，IGF1，它可以刺激成肌細(xì)胞的增殖，C-myc的有IGF1的分化相反的效果：Cmyc基因的持續(xù)表達(dá)塊分化，因此，有一個(gè)要求下調(diào)的c- myc的后期在肌細(xì)胞生成，這是發(fā)生什么與HMGA2-IGF2BP2軸的下調(diào)。大致相互作用與其他轉(zhuǎn)錄因子表觀遺傳調(diào)節(jié)器相同，并具有在早期的發(fā)展和在癌癥的形成非常重要的作用。HMGA2和IGF2BP2是對(duì)成肌細(xì)胞增殖和早期肌生成至關(guān)重要。當(dāng)衛(wèi)星細(xì)胞被激活并進(jìn)入細(xì)胞周期，HMGA2是上調(diào)和直接激活的轉(zhuǎn)錄IGF2BP2，從而積極地控制蛋白質(zhì)生產(chǎn)的多種增殖相關(guān)的基因包括c-myc的和IGF1R。不僅是有必要上調(diào)HMGA2/IGF2BP2為最佳增殖，但它顯然也需要下調(diào)HMGA2/IGF2BP2/c-Myc以變?yōu)槌杉〖?xì)胞，以便能夠再分化成多核的骨骼肌

2.2 肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子

肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子是一個(gè)多功能的細(xì)胞活性物質(zhì)，HGF/SF位于骨骼肌纖維的基底膜，靜止期衛(wèi)星細(xì)胞表達(dá)其受體c-met。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，向肌肉直接注射重組的HGF可以導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞激活，將粉碎肌肉提取物與HGF一起孵育使其失去激活靜止衛(wèi)星細(xì)胞的能力，而且在再生肌肉中HGF高度表達(dá)，提示HGF是衛(wèi)星細(xì)胞激活的一個(gè)關(guān)鍵因子。另外，HGF/ c-met信號(hào)對(duì)成肌祖細(xì)胞的增殖也有著重要的作用，激活C2C12大鼠成肌細(xì)胞的c-met受體，可導(dǎo)致這些細(xì)胞形態(tài)學(xué)的變化及分化的抑制，提示成肌細(xì)胞的激活需要c-met的活化，而成肌細(xì)胞的終末分化及融合卻需要此信號(hào)通路的下調(diào)，HGF/c-met信號(hào)傳導(dǎo)通路在肌肉再生中起重要作用。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子可與受體快速、可逆、可飽和特異性、高親和度地結(jié)合。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子的釋放與肌肉損傷之間的關(guān)系值得深入地探討，以期將其變化作為訓(xùn)練監(jiān)控的指標(biāo)性依據(jù)。衛(wèi)星細(xì)胞是負(fù)責(zé)肌肉生長(zhǎng)和再生多潛能的干細(xì)胞。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2（ FGF2 ）影響著衛(wèi)星細(xì)胞增殖，分化，和響應(yīng)，在某種程度上，是通過(guò)硫酸乙酰肝素蛋白聚糖的syndecan -4和磷脂酰肌醇聚糖-1調(diào)控。Syndecan -4和磷脂酰肌醇聚糖-1的表達(dá)下降與衛(wèi)星細(xì)胞的年齡可能降低衛(wèi)星細(xì)胞的活性。有研究對(duì)16周齡的火雞胸大肌孤立的增殖，分化和FGF2的響應(yīng)研究，配體蛋白聚糖-4和磷脂酰肌醇聚糖- 1過(guò)度表達(dá)是否會(huì)對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞增加有作用。配體蛋白聚糖-4表達(dá)和磷脂酰肌醇聚糖- 1并沒(méi)有對(duì)細(xì)胞增殖和分化起顯著作用， 7周和16周衛(wèi)星細(xì)胞和增殖過(guò)程中沒(méi)有影響FGF2的響應(yīng)。在1d的配體蛋白聚糖-4和磷脂酰肌醇聚糖- 1分化表達(dá)加劇48小時(shí)， 7周和16周的細(xì)胞與FGF2處理中，生肌調(diào)節(jié)因子MyoD的肌細(xì)胞生成素和MRF4受配體蛋白聚糖-4的表達(dá)和酰肌醇蛋白聚糖-1的表達(dá)。然而，變化生肌調(diào)節(jié)因子的表達(dá)并未對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞增殖或分化起顯著作用。這些數(shù)據(jù)表明，多配體聚糖-4和磷脂酰肌醇聚糖-1有可能不直接與衛(wèi)星細(xì)胞活性相關(guān)的下降有關(guān)。

2.3轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要細(xì)胞因子。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β家族成員能抑制肌肉的增殖和分化。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β能對(duì)IGF-1 或FGF 介導(dǎo)的衛(wèi)星細(xì)胞的增殖產(chǎn)生影響。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β家族中的新成員GDF-8正在受到廣泛關(guān)注，GDF-8 是骨骼肌特異性生長(zhǎng)發(fā)育抑制因子，該基因的缺陷使肌肉的發(fā)育失去控制而顯著增殖。它是一種細(xì)胞外的糖蛋白，對(duì)骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育的負(fù)調(diào)節(jié)作用更為突出，又稱為生長(zhǎng)抑制素。TGF-β家族各因子通過(guò)SMAD蛋白家族介導(dǎo)其信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過(guò)抑制 Myod家族的轉(zhuǎn)錄活性而抑制衛(wèi)星細(xì)胞的增生與分化。在肌肉再生過(guò)程中，TGF-β受體（TGF-β-RII）與IGF配體的表達(dá)水平成反比，這使得在肌肉分化加強(qiáng)之前，首先出現(xiàn)細(xì)胞顯著增生。

3 結(jié)論

骨骼肌損傷后，通常導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞增殖速度減慢，數(shù)量減少，并逐漸被瘢痕組織替代，最終將影響肌肉的功能或?qū)е卵舆t性肌肉酸痛。因此，如何促進(jìn)衛(wèi)星細(xì)胞的增殖對(duì)運(yùn)動(dòng)性肌損傷修復(fù)具有重要意義諸多研究已經(jīng)揭示骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞在骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育、損傷修復(fù)和重塑中的重要作用。許多控制細(xì)胞的內(nèi)在的和外在的信號(hào)對(duì)于調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞的功能，其中許多代表的治療干預(yù)的潛在目標(biāo)，由一個(gè)復(fù)雜的和集成網(wǎng)絡(luò)以來(lái)加強(qiáng)內(nèi)源性的再生能力和促進(jìn)生肌細(xì)胞移植方法。隨著時(shí)代的發(fā)展，以確定衛(wèi)星細(xì)胞的用途，它的特性和產(chǎn)后肌肉發(fā)育調(diào)控研究是可行的。更多的工作需要識(shí)別的因素和負(fù)責(zé)重新喚醒這些原本平靜的骨骼肌干細(xì)胞，以及確定合作的各種信號(hào)機(jī)制調(diào)節(jié)的肌原蛋白。

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作者簡(jiǎn)介

于騰皓（1992-），男，河南省永城市人，華東交通大學(xué)體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)2012級(jí)研究生，專業(yè)方向：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。