突破肌肉再生瓶颈!Nat Biotechnol：类器官培养促进小鼠成肌细胞去分化为肌肉再生的干细胞

来源：100医药网 2024-09-26 14:34

卫星细胞是负责肌肉生长和再生的干细胞。在肌肉损伤后，卫星细胞可以激活并分化成肌母细胞，后者进一步形成肌纤维。然而，卫星细胞稀少且难以大量获取，目前还没有有效的方法在体外扩增并保持其干细胞特性。

近日，哈佛大学Lee L. Rubin研究团队在Nat Biotechnol上发表了题为 Organoid culture promotes dedifferentiation of mouse myoblasts into stem cells capable of complete muscle regeneration 的研究论文，提出了一种从骨骼肌组织生成体外衍生卫星细胞（idSCs）的方法。研究结果表明，idSCs可能为治疗遗传性肌肉疾病、创伤引起的肌肉损伤和与年龄相关的肌肉无力提供可扩展的细胞来源。

研究表明，在三维培养条件下，肌母细胞可以逆转为卫星细胞样状态。卫星细胞通过表达转录因子Pax7来维持干细胞特性，而肌母细胞则通过激活MyoD进行分化并丧失干细胞潜能。将肌母细胞在旋转瓶中培养形成骨骼肌类器官（SkMOs），并调整培养条件，最终生成的SkMO细胞表现出肌球蛋白重链（MyHC）和Pax7的双重表达。

图 1：小鼠成肌细胞可以形成与卫星细胞具有共同体外特性的SkMO

验证idSCs的特性

使用转基因小鼠，研究验证了SkMO中的GFP+细胞具有类似卫星细胞的特征，包括静止状态、小细胞体积和克隆生长能力。这些SkMO衍生的GFP+细胞能够形成克隆，并在体外分化为多核肌管。最终，这些细胞被称为idSCs，展示了其在三维培养中重塑为卫星细胞的能力。

基因表达分析

通过多重RNA测序分析，研究比较了新鲜分离的卫星细胞、肌母细胞和体外生成的idSCs的转录特征。结果显示，idSCs在基因表达上与内源性卫星细胞相似，而与肌母细胞和储备细胞则明显不同。关键基因涉及Notch信号通路、早期应激反应、静止状态及细胞外基质等。

差异基因表达分析发现，idSCs与肌母细胞之间存在1,347个差异表达基因，idSCs与卫星细胞之间存在774个差异基因。功能富集分析显示，idSCs和卫星细胞共享并上调了多条与细胞粘附和细胞外基质相关的KEGG通路。相对而言，肌母细胞和idSCs在细胞周期和代谢通路中的激活水平较高，表明idSCs在转录特征上处于肌母细胞和卫星细胞之间的中间状态。

图 2：idSCs与卫星细胞具有关键的转录相似性