肌衛星細胞與延遲性肌肉酸痛的潛在聯系

趙新娟 ，杜海平，王植元，張 翔

1961年，Muaor首次從青蛙骨骼肌纖維中分離出來衛星細胞（satellite cell）。骨骼肌衛星細胞是處于骨骼肌基膜和基底膜之間，能夠增殖分化潛能的肌源性干細胞，是出生后能夠使骨骼肌生長、修復和維持的單能成肌干細胞［1］。作為成體肌肉發生重要的“原料”，骨骼肌衛星細胞 在體育運動中受到損傷或負重牽拉刺激時被激活并開始增殖分化。衛星細胞生長因子可刺激骨骼肌衛星細胞生長活性，它們在一定程度上對衛星細胞的增殖和分化進行著調控。當前大量研究表明，不同形式的運動對骨骼肌衛星細胞和衛星細胞生長因子具有一定的調節作用，但是具體機制尚不明確。延遲性肌肉酸痛長期以來困擾著競技訓練和大眾體育健身活動的順利進行，目前大多數研究證實了延遲性肌肉酸痛是組織內部的超微結構變化而不是損傷，但其具體機制尚不明確。通過探析骨骼肌衛星細胞與延遲性肌肉酸痛的潛在聯系，為延遲性肌肉酸痛的機制研究提供一些理論依據。

1 概述

1.1 骨骼肌衛星細胞的概述

在成年動物骨骼肌纖維與基膜之間，有一種體積較小的扁平或立方形細胞，排列在肌纖維表面，稱為骨骼肌肌衛星細胞（skeletal satellite cell，SSC）。SSC是出生后骨骼肌中固有的、具有增殖分化潛能的肌源性干細胞，一般表現為靜息狀態。但可以在創傷、牽拉或者負重訓練等特定的應激過程中被激活，開始增殖、分化并融合成肌管，或遷移到受損的肌管處，最后形成新的肌纖維或修復受損的骨骼肌纖維［2］。作為骨骼肌再生的儲備力量，SSC的增殖和分化不僅能夠增加肌纖維數量，還可以改變肌纖維的類型，而骨骼肌衛星細胞的多潛能性還可能通過轉變為脂肪生成細胞，而增加肌內脂肪的含量，從而改變肌肉愈合的質量［3］。近期研究證明，SSC對不同的剌激可以產生中胚層細胞，如成骨細胞、脂肪細胞等，甚至神經原性譜系［4］。骨骼肌衛星細胞的激活是提供新的肌細胞核的第一步，骨骼肌發育、損傷修復的過程中同樣需要骨骼肌衛星細胞的激活。在成體骨骼肌中，處于靜息狀態的骨骼肌衛星細胞只在適當的條件（損傷、運動刺激、牽拉或去神經）下被激活（進入細胞周期）［5］。研究表明影響SSC激活的一個主要因素是細胞環境中的生長因子，一定程度上各種生長因子對衛星細胞的增殖和分化進行著調控［6］。

1.2 延遲性肌肉酸痛與離心運動

為促進身體素質和運動水平的提高，健身人群或運動員常進行超負荷的健身鍛煉或運動訓練，在不習慣的運動強度、運動方式和持續時間下進行離心運動時，運動員在運動后24-48h會感到明顯的肌肉酸痛，同時伴隨著肌肉僵硬、肌肉力量下降的癥狀，由于肌肉酸痛的感覺和不適應的癥狀通常不是表現在運動期間或運動后即刻，而是在運動后24h后逐步加強，24-48h達到高峰，疼痛感覺逐漸下降直至消失需要5-7d，我們把這種疼痛稱為延遲性肌肉酸痛（DOMS）。

離心運動主要是通過下肢伸肌肉群的收縮為主的一種運動，持續大強度的離心運動后24-48h股外側肌出現不同程度的 z帶扭曲、細絲斷裂或消失；M線扭曲消失，粗絲扭曲，肌節縮短；粗肌絲肌球蛋白等收縮蛋白發生改變。細胞骨架蛋白發生變化，維護肌節結構穩定性的細胞骨架遭到破壞，導致骨骼肌微細結構的損傷性變化，進而引發延遲性肌肉酸痛。

2 骨骼肌衛星細胞生長因子及其作用機制

骨骼肌衛星細胞生長因子是指具有刺激骨骼肌衛星細胞生長活性的細胞因子。主要包括：肌分化因子、成肌調節因子、胰島素樣生長因子、成纖維細胞生長因子、血小板衍生生長因子、轉化生長因子、肝細胞生長因子等調節因子等［7］，它們能在一定程度上激活衛星細胞，促進其活化增殖、遷移、分化及融合到鄰近的肌纖維，調節骨骼肌生長［8］。按照對骨骼肌衛星細胞活性的促進或抑制作用，骨骼肌衛星細胞生長因子可分為正向調控因子和負向調控因子。

2.1 骨骼肌衛星細胞正向調控因子及其作用機制

骨骼肌衛星細胞正向調控因子在一定程度上刺激骨骼肌衛星細胞的生長活性，加速其增殖分化。主要包括：肌分化因子（MyoD）、成肌調節因子（MRFs）、胰島素樣生長因子（IGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）、肝細胞生長因子（HGF）等生長因子。

2.1.1 肌分化因子和成肌調節因子的作用機制

MyoD屬于生肌調節因子蛋白家族，是骨骼肌形成過程中必不可少的調節骨骼肌分化的關鍵因子。它是骨骼肌形成的最早標志物，只在激活的骨骼肌衛星細胞中表達，能將多種類型細胞轉化為成肌細胞，并促使成肌細胞融合為肌管［9］。

MRFs存在于靜止期的骨骼肌衛星細胞中，可通過激活的骨骼肌衛星細胞來表達并自我激活和相互激活。MRFs是骨骼肌衛星細胞激活過程中表達最早的基因，是參與肌肉發生過程分子調控、啟動和維護骨骼肌細胞生長發育的重要基因［10］。

2.1.2 胰島素樣生長因子的作用機制

IGF屬胰島素多肽家族，主要包括IGF-1和IGF-2兩種，可有效刺激骨骼肌衛星細胞的增殖。它在骨骼肌生長和分化中首先促進骨骼肌細胞分裂繼而促進其分化。IGF在體內能促進合成代謝、促進細胞有絲分裂，刺激RNA、DNA的合成和細胞增殖。骨骼肌衛星細胞融入肌纖維，使新核得以融入肌纖維，增加核的數量從而促進肌肉生長的唯一機理。IGF能改變這些細胞的增殖情況，從而可與其促蛋白質沉積作用相結合而參與骨骼肌的生長調控［11］。

2.1.3 成纖維生長因子和血小板源性生長因子的作用機制

FGF是一個多功能性生長因子，在缺血或損傷組織中表達增加。可調節骨骼肌成肌細胞功能，促進骨骼肌成肌細胞的增殖和抑制其分化［12］。

血小板源性生長因子（PDGF）存在于肌肉組織的微循環系統，能刺激許多中胚層細胞，尤其是平滑肌細胞和成纖維細胞增殖。它也是胚胎成肌細胞的化學誘導劑。胚胎骨骼肌成肌細胞和肌源性細胞系也能產生血小板源性生長因子。總之，PDGF對骨骼肌再生及損傷修復起促進作用［13］。

2.1.4 肝細胞生長因子的作用機制

HGF能夠激活休眠的骨骼肌衛星細胞，縮短安靜骨骼肌衛星細胞進入分裂周期的時間。HGF是骨骼肌衛星細胞有力的促分裂劑和趨化劑，其表達量與肌肉的受傷程度成正比，可以激活衛星細胞，并選擇性促進骨骼肌衛星細胞的增殖［14］。

2.2 骨骼肌衛星細胞負向調控因子及其作用機制

骨骼肌衛星細胞負向調控因子在一定程度上降低骨骼肌衛星細胞的生長活性，抑制其增殖分化。主要包括：轉化生長因子-β（TGF-β）、肌細胞膜抑制因子和肌肉生長抑制素等生長因子（MSTN）。

2.2.1 轉化生長因子-β的作用機制

TGF-β主要被看作是細胞分化的抑制劑。對于骨骼肌衛星細胞來說，TGF-β在肌肉的發生和再生早期階段抑制其融合，也可以阻止其分化［12］。TGF-β在骨骼肌損傷修復中表現為一種負向調控因子，它是通過對細胞周期的調節作用從而促進損傷骨骼肌纖維化，就會抑制肌細胞再生和肌管融合［15］。

2.2.2 肌肉生長抑制素的作用機制

MSTN是肌肉生長的負向調控因子。MSTN通過調節骨骼肌衛星細胞的細胞周期而控制成肌細胞的生成，影響肌纖維的生長。MSTN基因變異導致肌肉異常肥大，表明肌肉生長抑制素抑生鼠基因敲除實驗顯示抑制肌肉生長，這種作用可能通過抑制成肌細胞的生長而發揮，因而嚴重阻擾骨骼肌衛星細胞的分化，MSTN對骨骼肌具有特異性抑制作用［15］。

3 離心運動對骨骼肌衛星細胞生長因子的影響

3.1 離心運動對骨骼肌衛星細胞正向調控因子的影響

通過整理分析相關實驗性文獻，得出陳霓等7位研究者采用持續大強度的離心運動模型研究持續大強度離心運動后骨骼肌衛星細胞正向調控因子的表達水平。研究結果如表1。

表1顯示：持續大強度離心運動后，大鼠的成肌調節因子的表達水平上升，經檢驗在0.05水平上有統計學意義；胰島素樣生長因子Ⅰ和胰島素樣生長因子Ⅱ的含量增加，經檢驗在0.01水平上有統計學意義；肝細胞生長因子的表達上調；堿性成纖維細胞生長因子表達水平顯著升高，經檢驗在0.05水平上有統計學意義；血小板衍生生長因子的濃度明顯升高，經檢驗在0.01水平上有統計學意義。因此，持續大強度的離心運動后正向調控因子的濃度及表達水平均呈現增高的趨勢；P值小于0.05或0.01，表明持續大強度離心運動后，實驗組和對照組間正向調控因子的濃度及表達水平存在顯著性的差異。

表1 持續大強度離心運動后大鼠骨骼肌衛星細胞正向調控因子的變化

3.2 離心運動對骨骼肌衛星細胞負向調控因子的影響

通過整理分析相關實驗性文獻，得出左偉等兩位研究者采用持續大強度的離心運動模型研究持續大強度離心運動后骨骼肌衛星細胞負向調控因子的表達水平。研究結果如表2所示：

表2 持續大強度離心運動后大鼠骨骼肌衛星細胞負向調控因子的變化

表2顯示：持續大強度離心運動后，大鼠的轉化生長因子-β的表達水平呈現下降的趨勢；P值小于0.05或0.01，表明持續大強度離心運動后，實驗組和對照組間轉化生長因子-β的表達水平存在顯著性的差異。因此，持續大強度的離心運動一定程度上可有效下調骨骼肌衛星細胞負向調控因子的表達。

4 小結

持續大強度離心運動后，骨骼肌衛星細胞正向調控因子表達水平上升，骨骼肌衛星細胞負向調控因子的表達水平下降，表明持續大強度離心運動可能對與骨骼肌損傷修復密切相關的骨骼肌衛星細胞生長因子具有一定的調節作用。持續大強度的離心運動后，骨骼肌組織微細結構易發生損傷性變化，進而引起骨骼肌微環境的變化，引發延遲性肌肉酸痛。因此，持續大強度離心運動引發的延遲性肌肉酸痛的發生時序與骨骼肌衛星細胞增殖時序存在一定的相關性；延遲性酸痛的骨骼肌特殊微環境一定程度上刺激骨骼肌衛星細胞生長因子的分泌，促進骨骼肌肌節重塑。

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