肌卫星细胞与延迟性肌肉酸痛的潜在联系

赵新娟 ，杜海平，王植元，张 翔

1961年，Muaor首次从青蛙骨骼肌纤维中分离出来卫星细胞（satellite cell）。骨骼肌卫星细胞是处于骨骼肌基膜和基底膜之间，能够增殖分化潜能的肌源性干细胞，是出生后能够使骨骼肌生长、修复和维持的单能成肌干细胞［1］。作为成体肌肉发生重要的“原料”，骨骼肌卫星细胞 在体育运动中受到损伤或负重牵拉刺激时被激活并开始增殖分化。卫星细胞生长因子可刺激骨骼肌卫星细胞生长活性，它们在一定程度上对卫星细胞的增殖和分化进行着调控。当前大量研究表明，不同形式的运动对骨骼肌卫星细胞和卫星细胞生长因子具有一定的调节作用，但是具体机制尚不明确。延迟性肌肉酸痛长期以来困扰着竞技训练和大众体育健身活动的顺利进行，目前大多数研究证实了延迟性肌肉酸痛是组织内部的超微结构变化而不是损伤，但其具体机制尚不明确。通过探析骨骼肌卫星细胞与延迟性肌肉酸痛的潜在联系，为延迟性肌肉酸痛的机制研究提供一些理论依据。

1 概述

1.1 骨骼肌卫星细胞的概述

在成年动物骨骼肌纤维与基膜之间，有一种体积较小的扁平或立方形细胞，排列在肌纤维表面，称为骨骼肌肌卫星细胞（skeletal satellite cell，SSC）。SSC是出生后骨骼肌中固有的、具有增殖分化潜能的肌源性干细胞，一般表现为静息状态。但可以在创伤、牵拉或者负重训练等特定的应激过程中被激活，开始增殖、分化并融合成肌管，或迁移到受损的肌管处，最后形成新的肌纤维或修复受损的骨骼肌纤维［2］。作为骨骼肌再生的储备力量，SSC的增殖和分化不仅能够增加肌纤维数量，还可以改变肌纤维的类型，而骨骼肌卫星细胞的多潜能性还可能通过转变为脂肪生成细胞，而增加肌内脂肪的含量，从而改变肌肉愈合的质量［3］。近期研究证明，SSC对不同的剌激可以产生中胚层细胞，如成骨细胞、脂肪细胞等，甚至神经原性谱系［4］。骨骼肌卫星细胞的激活是提供新的肌细胞核的第一步，骨骼肌发育、损伤修复的过程中同样需要骨骼肌卫星细胞的激活。在成体骨骼肌中，处于静息状态的骨骼肌卫星细胞只在适当的条件（损伤、运动刺激、牵拉或去神经）下被激活（进入细胞周期）［5］。研究表明影响SSC激活的一个主要因素是细胞环境中的生长因子，一定程度上各种生长因子对卫星细胞的增殖和分化进行着调控［6］。

1.2 延迟性肌肉酸痛与离心运动

为促进身体素质和运动水平的提高，健身人群或运动员常进行超负荷的健身锻炼或运动训练，在不习惯的运动强度、运动方式和持续时间下进行离心运动时，运动员在运动后24-48h会感到明显的肌肉酸痛，同时伴随着肌肉僵硬、肌肉力量下降的症状，由于肌肉酸痛的感觉和不适应的症状通常不是表现在运动期间或运动后即刻，而是在运动后24h后逐步加强，24-48h达到高峰，疼痛感觉逐渐下降直至消失需要5-7d，我们把这种疼痛称为延迟性肌肉酸痛（DOMS）。

离心运动主要是通过下肢伸肌肉群的收缩为主的一种运动，持续大强度的离心运动后24-48h股外侧肌出现不同程度的 z带扭曲、细丝断裂或消失；M线扭曲消失，粗丝扭曲，肌节缩短；粗肌丝肌球蛋白等收缩蛋白发生改变。细胞骨架蛋白发生变化，维护肌节结构稳定性的细胞骨架遭到破坏，导致骨骼肌微细结构的损伤性变化，进而引发延迟性肌肉酸痛。

2 骨骼肌卫星细胞生长因子及其作用机制

骨骼肌卫星细胞生长因子是指具有刺激骨骼肌卫星细胞生长活性的细胞因子。主要包括：肌分化因子、成肌调节因子、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子、转化生长因子、肝细胞生长因子等调节因子等［7］，它们能在一定程度上激活卫星细胞，促进其活化增殖、迁移、分化及融合到邻近的肌纤维，调节骨骼肌生长［8］。按照对骨骼肌卫星细胞活性的促进或抑制作用，骨骼肌卫星细胞生长因子可分为正向调控因子和负向调控因子。

2.1 骨骼肌卫星细胞正向调控因子及其作用机制

骨骼肌卫星细胞正向调控因子在一定程度上刺激骨骼肌卫星细胞的生长活性，加速其增殖分化。主要包括：肌分化因子（MyoD）、成肌调节因子（MRFs）、胰岛素样生长因子（IGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）、肝细胞生长因子（HGF）等生长因子。

2.1.1 肌分化因子和成肌调节因子的作用机制

MyoD属于生肌调节因子蛋白家族，是骨骼肌形成过程中必不可少的调节骨骼肌分化的关键因子。它是骨骼肌形成的最早标志物，只在激活的骨骼肌卫星细胞中表达，能将多种类型细胞转化为成肌细胞，并促使成肌细胞融合为肌管［9］。

MRFs存在于静止期的骨骼肌卫星细胞中，可通过激活的骨骼肌卫星细胞来表达并自我激活和相互激活。MRFs是骨骼肌卫星细胞激活过程中表达最早的基因，是参与肌肉发生过程分子调控、启动和维护骨骼肌细胞生长发育的重要基因［10］。

2.1.2 胰岛素样生长因子的作用机制

IGF属胰岛素多肽家族，主要包括IGF-1和IGF-2两种，可有效刺激骨骼肌卫星细胞的增殖。它在骨骼肌生长和分化中首先促进骨骼肌细胞分裂继而促进其分化。IGF在体内能促进合成代谢、促进细胞有丝分裂，刺激RNA、DNA的合成和细胞增殖。骨骼肌卫星细胞融入肌纤维，使新核得以融入肌纤维，增加核的数量从而促进肌肉生长的唯一机理。IGF能改变这些细胞的增殖情况，从而可与其促蛋白质沉积作用相结合而参与骨骼肌的生长调控［11］。

2.1.3 成纤维生长因子和血小板源性生长因子的作用机制

FGF是一个多功能性生长因子，在缺血或损伤组织中表达增加。可调节骨骼肌成肌细胞功能，促进骨骼肌成肌细胞的增殖和抑制其分化［12］。

血小板源性生长因子（PDGF）存在于肌肉组织的微循环系统，能刺激许多中胚层细胞，尤其是平滑肌细胞和成纤维细胞增殖。它也是胚胎成肌细胞的化学诱导剂。胚胎骨骼肌成肌细胞和肌源性细胞系也能产生血小板源性生长因子。总之，PDGF对骨骼肌再生及损伤修复起促进作用［13］。

2.1.4 肝细胞生长因子的作用机制

HGF能够激活休眠的骨骼肌卫星细胞，缩短安静骨骼肌卫星细胞进入分裂周期的时间。HGF是骨骼肌卫星细胞有力的促分裂剂和趋化剂，其表达量与肌肉的受伤程度成正比，可以激活卫星细胞，并选择性促进骨骼肌卫星细胞的增殖［14］。

2.2 骨骼肌卫星细胞负向调控因子及其作用机制

骨骼肌卫星细胞负向调控因子在一定程度上降低骨骼肌卫星细胞的生长活性，抑制其增殖分化。主要包括：转化生长因子-β（TGF-β）、肌细胞膜抑制因子和肌肉生长抑制素等生长因子（MSTN）。

2.2.1 转化生长因子-β的作用机制

TGF-β主要被看作是细胞分化的抑制剂。对于骨骼肌卫星细胞来说，TGF-β在肌肉的发生和再生早期阶段抑制其融合，也可以阻止其分化［12］。TGF-β在骨骼肌损伤修复中表现为一种负向调控因子，它是通过对细胞周期的调节作用从而促进损伤骨骼肌纤维化，就会抑制肌细胞再生和肌管融合［15］。

2.2.2 肌肉生长抑制素的作用机制

MSTN是肌肉生长的负向调控因子。MSTN通过调节骨骼肌卫星细胞的细胞周期而控制成肌细胞的生成，影响肌纤维的生长。MSTN基因变异导致肌肉异常肥大，表明肌肉生长抑制素抑生鼠基因敲除实验显示抑制肌肉生长，这种作用可能通过抑制成肌细胞的生长而发挥，因而严重阻扰骨骼肌卫星细胞的分化，MSTN对骨骼肌具有特异性抑制作用［15］。

3 离心运动对骨骼肌卫星细胞生长因子的影响

3.1 离心运动对骨骼肌卫星细胞正向调控因子的影响

通过整理分析相关实验性文献，得出陈霓等7位研究者采用持续大强度的离心运动模型研究持续大强度离心运动后骨骼肌卫星细胞正向调控因子的表达水平。研究结果如表1。

表1显示：持续大强度离心运动后，大鼠的成肌调节因子的表达水平上升，经检验在0.05水平上有统计学意义；胰岛素样生长因子Ⅰ和胰岛素样生长因子Ⅱ的含量增加，经检验在0.01水平上有统计学意义；肝细胞生长因子的表达上调；碱性成纤维细胞生长因子表达水平显著升高，经检验在0.05水平上有统计学意义；血小板衍生生长因子的浓度明显升高，经检验在0.01水平上有统计学意义。因此，持续大强度的离心运动后正向调控因子的浓度及表达水平均呈现增高的趋势；P值小于0.05或0.01，表明持续大强度离心运动后，实验组和对照组间正向调控因子的浓度及表达水平存在显著性的差异。

表1 持续大强度离心运动后大鼠骨骼肌卫星细胞正向调控因子的变化

3.2 离心运动对骨骼肌卫星细胞负向调控因子的影响

通过整理分析相关实验性文献，得出左伟等两位研究者采用持续大强度的离心运动模型研究持续大强度离心运动后骨骼肌卫星细胞负向调控因子的表达水平。研究结果如表2所示：

表2 持续大强度离心运动后大鼠骨骼肌卫星细胞负向调控因子的变化

表2显示：持续大强度离心运动后，大鼠的转化生长因子-β的表达水平呈现下降的趋势；P值小于0.05或0.01，表明持续大强度离心运动后，实验组和对照组间转化生长因子-β的表达水平存在显著性的差异。因此，持续大强度的离心运动一定程度上可有效下调骨骼肌卫星细胞负向调控因子的表达。

4 小结

持续大强度离心运动后，骨骼肌卫星细胞正向调控因子表达水平上升，骨骼肌卫星细胞负向调控因子的表达水平下降，表明持续大强度离心运动可能对与骨骼肌损伤修复密切相关的骨骼肌卫星细胞生长因子具有一定的调节作用。持续大强度的离心运动后，骨骼肌组织微细结构易发生损伤性变化，进而引起骨骼肌微环境的变化，引发延迟性肌肉酸痛。因此，持续大强度离心运动引发的延迟性肌肉酸痛的发生时序与骨骼肌卫星细胞增殖时序存在一定的相关性；延迟性酸痛的骨骼肌特殊微环境一定程度上刺激骨骼肌卫星细胞生长因子的分泌，促进骨骼肌肌节重塑。

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