Lin28a维持部分成体肌肉干细胞于类似胚胎时期的状态

学术 2024-09-10 16:00 上海

撰文│徐宏宇何志颖

编辑│毕紫娟

审校│汤红明

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【据《Cell Research》2023年5月报道】题：Lin28a维持部分成体肌肉干细胞于类似胚胎时期的状态（中国科学院动物所作者Ng Shyh-Chang等）（原文链接.pdf）

哺乳动物骨骼肌具有很强的再生能力，但是随着发育和年龄的增长这种再生能力会逐渐下降。骨骼肌卫星细胞从属于肌干细胞（muscle stem cells，MuSC），具有自我更新的特性，在肌肉再生中不可替代。在受伤肌肉中，MuSC被激活并增殖为肌源性祖细胞，这些细胞通过与现有的肌纤维融合，或从头开始形成肌纤维实现局部肌肉再生。由于胚胎时期的肌肉生成相比成年时期局部肌肉生成更为强力，但人们对这种现象背后的分子机制仍不清楚。

在线虫和哺乳动物中，Lin28 基因在早期胚胎发生期间高度表达，但成年后逐渐不再表达。Lin28 最早是作为线虫发育的调节基因之一被发现，并且这种调节与干细胞的自我更新相关。Lin28是一种RNA结合蛋白，作用于let-7 microRNA和许多其他mRNA。Lin28表达缺失会加速胚胎发生过程中的细胞分化，但同时Lin28的表达在胚胎发生过程中会促进细胞自我更新。哺乳动物研究表明异位Lin28可促进伤口愈合，但Lin28的内源性相关干性作用仍不清楚。据报道内源性Lin28a在肌肉再生过程中会表达，但尚不清楚Lin28a是否在基于MuSC的肌肉再生中起到功能性作用。这部分是因为没有Lin28a相关的谱系追踪研究。考虑到Lin28a mRNA表达在转录后受到严格调控，对于启动子驱动的Cre小鼠来说谱系追踪具有一定的挑战性。

研究人员利用能自切割的CreER标记了Lin28a蛋白追踪成年肌肉细胞中的Lin28a⁺ 的细胞谱系，发现了一群此前未知的Lin28a⁺Pax7^-的MuSC。在小鼠冷冻损伤的处理下，通过荧光显微镜观察及微量WB发现14天后这群细胞量大大提升，通过荧光共染证明了这群细胞是Lin28a⁺Pax7^-的细胞，并且这群细胞能够补充Pax7⁺MuSC。同时通过谱系追踪观察tdtomato荧光发现这群Lin28a⁺细胞有能力重新生成所有成人肌肉中肌纤维的亚型，在小鼠的移植实验中揭示了这群细胞具有更好的肌肉再生能力，这一点同样也在体外相关细胞培养实验中得到进一步论证，表明了Lin28a增强了MuSC相关的肌源性。在表观基因组分析中表明这群细胞具有胚胎肢体肌肉祖细胞的表观基因组特征。Lin28a调节的相关基因表达能够使Lin28a⁺ MuSC表现出更强的压力反应能力和自我更新能力。RNA-seq分析中揭示与成人Pax7⁺MuSC相比，Lin28a⁺ MuSC共表达了更高水平的某些胚胎肢体芽转录因子、端粒酶组分和Mdm4（p53抑制剂），具有更加未分化的特性。有条件地敲除Lin28a⁺ MuSC能够降低体内肌肉再生能力，相反损伤诱导Lin28a⁺ MuSC则能够促进肌肉再生，这些结果表明Lin28a⁺ MuSC在成人肌肉再生过程中是必需的，并且足以促进有效的成人肌肉再生。

综上所述，通过谱系追踪和功能作用的剖析发现，基于MuSC的肌肉再生中Lin28a 维持了一些成体干细胞胚胎般的状态，从而确保长期的自我更新成年MuSC细胞池。这些发现有助于理解发育时间节点和生物衰老是如何相互关联的，以及为什么年轻时期的再生能力往往比成年时期更强。尽管4个干细胞多能因子（Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc）可以将细胞时钟倒转，同时避免重编程细胞或成瘤性产生。年轻的机体往往利于组织再生，但其如何影响组织再生的精确机制仍然不清楚。鉴于对Lin28a⁺干细胞的发现，研究人员从细胞水平揭示了哺乳动物如何维持此类年轻化的干细胞并用于肌肉的快速修复，这一发现将激发人们更有动力地去探索年轻背后的奥秘。