肌肉与肌腱修复与恢复

在Chen-Ming Fan的实验研究课题中，研究之一是肌肉骨骼系统的组成成分是如何在受伤后修复和维持终生的。肌肉和肌腱为机体的姿势和运动提供机械支撑。他们研究的是这一系统是如何产生、维护和从损伤中恢复的。

为什么随年龄老化的肌肉修复缓慢

《自然新陈代谢》(NatureMetabolism,2019)发表了这项研究：随着年龄的增长，机体的肌肉修复得越慢。按照Fan领导的卡耐基科学研究院及其以往的观点认为肌肉损伤后因年龄而导致的恢复衰退可以追源到一种蛋白质，这种蛋白质抑制了肌肉干细胞形成新肌肉的特殊能力。

从老化的肌肉干细胞中去除GAS1(growth arrest-specific gene 1)蛋白可以使它们恢复年轻的状态

骨骼肌有一种利用特殊肌肉干细胞分化为新肌肉细胞的能力。这些“原胚”细胞可产生更多的“自我”肌肉细胞。但它们的这种惊人能力会随着年龄的增长而减退，导致肌肉损伤后肌肉再生能力下降。

研究团队包括卡耐基大学的Liangji Li、Michelle Rozo、 Sibiao Yue、Xiaobin Zheng和Frederick Tan, 也包括曾任职于卡耐基研究所、现就职于俄亥俄州立大学的Christoph Lepper，他们指出一种名为GAS1的蛋白是导致肌肉随着年龄增长而衰退的罪魁祸首。

Li说：“GAS1蛋白由生长阻滞的特定基因所编码，它加速了肌肉干细胞功能的衰退。”

他们发现，GAS1蛋白只存在于一少部分的年轻肌肉干细胞中，但它们却存在于所有的老年肌肉干细胞中。若让整体年轻干细胞群体均表达GAS1，则会导致其再生能力的减弱。相反地，若从老化的肌肉干细胞中去除GAS1可以使它们重新恢复到年轻的状态，并有着强力的再生能力。

他们还发现GAS1可以抑制另一种蛋白质，一种叫做RET的细胞表面受体，他们发现RET对于肌肉干细胞的更新是必要的。GAS1蛋白越多，RET的功能就越低。

GAS1对RET的抑制作用可以被第三种称为GDNF的蛋白所逆转，GDNF(glial cell-dirvied neurotrophic factor)与RET结合并激活。当研究人员直接将GDNF注射到衰老小鼠的肌肉中，肌肉干细胞功能和肌肉再生得以恢复。

“随着人口迅速老龄化，肌肉退化等问题日益成为对社会的挑战,”Fan说。“我们的工作可以对于老年人肌肉老化提供一个潜在治疗的途径。”

肌腱复苏的革命性进展?

旋转肌撕裂、跳跃时的膝盖和其他肌腱损伤的恢复是一个痛苦和具有挑战的病理生理过程，因为疤痕组织累积，可能导致继发的肌腱断裂。Fan领导的一项研究发表在《自然细胞生物学》(NatureCellBiology, 2019)上，该研究表明直到现在才发现的肌腱干细胞有可能被用来改善肌腱的愈合。

人们曾认为肌腱干细胞可能不存在

“肌腱是连接肌肉和骨骼的结缔组织，”Fan解释说。他说:“他们改善了我们的稳定性，为我们的行动提供了便利。但它们也特别容易受伤。不幸的是，一旦肌腱受伤，它们很少能完全恢复正常，这可能会导致活动受限，需要长期的疼痛管理甚至手术。其罪魁祸首是纤维疤痕，它破坏了肌腱组织结构。”

Fan与卡耐基大学的研究院的Tyler Harvey和Sara Flamenco合作揭示了存在于膝盖骨下方的髌腱中的所有类型的细胞，包括以前未确定的肌腱干细胞。

研究报告的主要作者Harvey说，由于肌腱损伤很少会完全愈合，所以人们认为肌腱干细胞可能不存在,“很多人都找不到它们，但我们首次肯定义了它们的存在。”

干细胞是几乎与每一种组织类型相关的未分化细胞。它们没有分化成特定的组织类型，但它们可以自我更新，建造一个细胞池，并由此形成新分化的细胞类型来支持特定的组织。例如，肌肉干细胞可以分化成肌肉细胞。但在此之前，是否有肌腱干细胞还是未知的。

令人惊讶的是，研究小组发现纤维疤痕组织细胞和肌腱干细胞都起源于同一个空间——肌腱周围的保护细胞。更重要的是,这些肌腱干细胞是与纤维疤痕前体竞争系统的一部分，这就解释了为什么肌腱的愈合如此具有挑战性。

研究小组证明，肌腱干细胞和疤痕组织的前体细胞都被一种叫做血小板衍生生长因子-A(platelet-derived growth factor A)的蛋白激活。当肌腱干细胞被改变，那么它们不再会对这种生长因子产生反应，而且受伤后就只会形成疤痕组织--没有新的肌腱细胞。

“肌腱干细胞是确实存在的，但它们必须战胜疤瘢组织前体，以防止难以对付的纤维性疤痕的形成，”Fan解释说，“找到一种阻断疤痕形成的细胞，并增强肌腱干细胞来改变游戏规则，会改变肌腱损伤的治疗。”