骨骼肌卫星细胞的研究进展①

仝昕炜

(扬州大学体育学院 江苏扬州 225100)

骨骼肌卫星细胞的研究进展①

仝昕炜

(扬州大学体育学院 江苏扬州 225100)

骨骼肌是由多核肌纤维组成的终末分化细胞,成体肌纤维失去有丝分裂的能力,因此骨骼肌损伤多为不可逆的病变。肌卫星细胞是一类存在于肌细胞基底膜与肌膜之间的成体干细胞,作为肌源性干细胞在肌肉组织损伤损伤后,能够在激活后发挥良好的增殖、分化能力,在骨骼肌损伤的修复和再生过程中发挥重要作用。该文对骨骼肌卫星细胞自我更新的分子调节机制及其可能的信号传导通路进行探讨。

肌卫星细胞自我更新 骨骼肌再生 Wnt信号通路 Notch信号通路

1 肌卫星细胞概述

1.1 肌卫星细胞的发现

肌卫星细胞是在1961年由Mauro发现，肌卫星细胞(Skeletalsatellite cell，SSC)是一类分布于肌细胞基底膜与肌膜之间的成体干细胞，其位置与排列类似肌细胞的卫星，故称卫星细胞[1]。肌卫星细胞是成年个体肌肉组织内留存的未分化的肌前体细胞(Muscle progenitor cell，MPC)，位于肌纤维基底膜和基膜之间，具有增殖、分化等自我更新的潜能[2]。在成年机体的骨骼肌中，肌卫星细胞含量较少，大约占比1%～4%。

1.2 肌卫星细胞的形态结构

在静息状态下，SSC细胞质和细胞器也较少，核质比率较高；其细胞核比肌管细胞核小，其异染色质含量比肌细胞核高。伴随年龄增长，SSC的丰度逐渐减少，SSC肌源性分化和自我更新的潜能仍保留，但更新能力随之降低[3]。

1.3 肌卫星细胞的特异性标记与鉴定

骨骼肌特异性标记蛋白的表达可作为SSC的鉴定指标，认识分子标志是对各阶段肌细胞进行鉴定的依据。高度糖基化I型跨膜蛋白(CD34)在造血干细胞、肌源细胞和SSC上均有表达，在分化程度越低的细胞中表达率越高；M钙调蛋白是肌卫星细胞增殖与融合的标志；Pax3是肌源细胞的标志物， Pax7在静息和活化的卫星细胞核内均有表达。

配对盒转录因子(Paired box gene 7，Pax7)属于Pax基因家族的第7组，是在进化上高度保守的发育调控基因，具有强有力的生肌性诱导能力，能够使干细胞定向转变为生肌性细胞，在骨骼肌发育和再生中起着至关重要的作用[4]。成肌蛋白(Myo blast determination protein，MyoD)属于肌原性碱性螺旋环的转录因子，在肌肉发育和再生中的细胞分化和自我更新密切相关[5]。通过观察Pax7在肌细胞中表达含量的变化，可以识别卫星细胞所处时期。其变化规律为：卫星细胞在静息状态下Pax7 表达阳性、MyoD表达阴性；卫星细胞增殖时，Pax7和MyoD表达均为阳性；在分化和融合阶段，Pax7表达阴性、MyoD阳性[2]。

1.4 肌卫星细胞的自我更新

卫星细胞自我更新的过程包括，当肌纤维受损时，静默状态的卫星细胞被激活进入有丝分裂循环；活化的卫星细胞向受损部位迁移，同时进行自我复制和增殖；随后卫星细胞分化，彼此融合形成肌管细胞，使肌纤维再生。肌卫星细胞在激活后有3种去向：一是肌卫星细胞之间相互融合，融合成为新的肌纤维细胞；二是与受损肌纤维末端融合，为肌细胞提供新的细胞核，实现肌细胞修复再生；三是返回成为静息的肌卫星细胞；这3种模式在卫星细胞自我更新的过程中交替进行。[6]

2 细胞因子对肌卫星细胞自我更新的影响

2.1 白血病抑制因子

图1 Notch、Wnt通路与SSC

白血病抑制因子(LIF)与IL-6与具有相同的受体，在肌肉再生中发挥协同作用。在LIF基因突变的大鼠骨骼肌中，肌肉损伤的修复再生能力明显下降；LIF基因恢复后，骨骼肌再生能力显著增强，骨骼肌卫星细胞能够正常进行自我更新，并形成新的肌纤维组织[7]。

2.2 转化生长因子

转化生长因子β是重要的细胞因子，在调节细胞生长的过程中发挥重要作用。转化生长因子β家族成员在肌肉增殖和分化中发挥负调节作用。转化生长因子β家族中的新成员GDF-8受到广泛关注，GDF-8是一种细胞外的糖蛋白，又称为生长抑制素，在骨骼肌特异性生长发育中充当抑制因子的角色。它对骨骼肌生长发育的负调节作用尤为突出，GDF-8基因的缺失能够使肌细胞快速增殖，肌肉生长发育显著增强[8]。

2.3 血小板衍生生长因子

血小板衍生生长因子由PDGF-AB、PDGF-AA和PDGFBB3个成员组成。血小板衍生生长因子以特定形式调节哺乳动物骨骼肌卫星细胞的增殖，其中PDGF-AB和PDGF-BB能通过PDGF-BB受体促进C2C12卫星细胞增殖，因此PDGF-BB的调控作用最强。

3 肌卫星细胞自我更新的信号通路

3.1 Notch信号通路

Notch信号通路在卫星细胞的相互作用、维持肌肉组织内稳态以及肌细胞再生中起着重要的作用。在哺乳动物中， Notch受体有4种(Notch1-4)，其配体包括Dll 1、3、4，jag1和jag2。当Notch受体与其配体结合后，Notch的细胞内区域(Notch intracellular domain，NICD)发生溶蛋白性裂解，随后NICD迁移至细胞核，并与转录因子(CRT/DRE binding factor 1，CBF1)结合形成复合物，激活Notch通路靶基因的转录。

Notch信号通路能够影响骨骼肌卫星细胞的特异性及其细胞的命运。卫星细胞增殖并转化为肌源性细胞系，此过程主要是Notch信号通路发挥调节作用；而卫星细胞分化是由Wnt信号通路调控，两者之间是通过GSK-3β进行“对话”。Notch通路激活时，GSK-3β处于激活状态并被磷酸化，β-eatenin脱离破坏复合体并被泛素化，进而被蛋白酶体降解。研究结果表明，β-catenin在成体大鼠的成肌细胞中表达，会增加呈现Pax7 阳性和MyoD阴性的卫星细胞的比例，从而降低进入分化途径的卫星细胞的比例。Notch信号通路通过β-catenin阴性表达抑制靶基因的转录和卫星细胞的自我更新。因此，Notch信号通路是防止肌原干细胞和祖细胞过早分化的主要信号途径。(如图1)

3.2 Wnt/β-catenin信号通路

在Wnt信号通路中， Wnt蛋白属于分泌信号分子大家族的成员。Wnt信号通路可分为典型的Wnt信号通路和非典型的Wnt信号通路，Wnt信号通路在细胞分化过程中起重要调节作用。βcatenin是钙粘着蛋白复合物的亚型，在Wnt信号通路充当第二信使发挥重要作用，β连环蛋白(β-catenin)是Wnt/β-catenin 信号通路的核心成分，它的激活决定着下游相关目的基因的调控。经典Wnt通路通过诱导β-catenin转运并最终激活靶基因的信号通路，调控肌源性前体细胞(卫星细胞)的分化。

当Wnt蛋白存在时，抑制GSK-3β磷酸化，β-catenin无法被蛋白酶降解，从而得以维持并在胞质内累积，进入核内与细胞因子(TCF)和淋巴细胞增强子(LEF) 瞬时性缔合，TCF发生磷酸化并解除抑制，启动经典Wnt信号通路靶基因的转录和表达，调控细肌胞分化、凋亡等过程。当Wnt蛋白缺乏时，胞质内的GSK-3β磷酸化，β-eatenin脱离破坏复合体并被泛素化，进而被蛋白酶体降解，在TCF转录辅助因子的作用下，竞争性抑制Wnt靶基因的表达[9]。

4 结语

骨骼肌卫星细胞作为肌源性干细胞，在肌肉修复再生方面发挥重要的作用。卫星细胞的自我更新与多种信号传导通路的激活有关，但关于骨骼肌卫星细胞增殖、分化的自我更新机制仍存在争议，仍需要研究进一步证实。

[1]李方华.骨骼肌卫星细胞的研究进展[J].中国畜牧兽医，2010，37(10)：25-28.

[2]熊慧，浦亚斌，马月辉，等.骨骼肌卫星细胞自我更新的分子调节[J].生物医学工程学杂志，2014(5)：1168-1171.

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[6]杨伟钧，王修启，王松波，等.骨骼肌卫星细胞自我更新的研究进展[J].中国畜牧兽医，2010，37(8)：101-106.

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[9]杨映娟.Wnt/β-catenin信号通路对猪肌卫星细胞增殖分化影响的初步研究[D].西北农林科技大学，2008.

Q813

A

2095-2813(2017)02(a)-0022-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2017.04.022

仝昕炜(1992，6—)，女，汉，江苏徐州人，硕士研究生在读，研究方向：运动人体科学。