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针对骨骼肌疾病的实验性细胞疗法收效甚微，主要是因为它们使用定型的肌原祖细胞，而不是真正的肌肉干细胞，即卫星细胞。哈佛大学Lee L. Rubin团队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。当少量移植到小鼠肌肉中时，小鼠 idSC 融合成肌纤维，重新填充卫星细胞生态位，自我更新，支持多轮肌肉再生，并改善与受损骨骼肌中新鲜分离的卫星细胞相当的力量产生。团队比较了 idSCs、成肌细胞和卫星细胞之间的表观基因组和转录特征，并使用这些特征来识别赋予 idSC 功能的核心信号通路和基因。最后，从人体肌肉活检中成功地在体外生成了卫星细胞样细胞。经过进一步开发，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。卫星细胞，即经典肌肉干细胞，负责出生后肌肉的生长和再生。这些细胞激活、不对称分裂，以自我更新或形成定型祖细胞的增殖种群，称为成肌细胞。成肌细胞分化并融合形成肌管，肌管是骨骼肌的功能成分。没有卫星细胞，骨骼肌再生就完全被消除。在肌肉发育或再生后，一些卫星细胞恢复静止并重新填充生态位，为未来几轮再生做准备。
许多人假设移植卫星细胞可以治疗肌肉疾病和创伤性肌肉损伤，然而，卫星细胞在骨骼肌中很少见。在常规组织培养下，卫星细胞进入细胞周期并成为成肌细胞。但卫星细胞和成肌细胞有关键区别。移植后卫星细胞产生肌肉纤维效率要高1,000 倍，且只有卫星细胞才能重新填充干细胞生态位、自我更新并维持肌肉再生。这些关键差异强调了在体外产生治疗相关数量的卫星细胞的必要性。有证据表明，牙齿、肝脏、肠道和胰腺中的成体祖细胞在三维培养中分化成干细胞样状态。三维空间可以为多个组织重建干细胞生态位条件，促进扩增同时保持其分化和成熟的能力。因此，团队研究了3D培养对成肌细胞增殖的影响。成肌细胞可以产生骨骼肌类器官（SkMO），包含类似于卫星细胞的细胞。在体外衍生的卫星细胞（idSCs）中，其被称为骨骼肌类器官（SkMO）。在移植到受损或患病的肌肉中后，idSCs的肌肉再生方式类似于卫星细胞。尽管idSCs共享已知调节静止和肌原定型的关键通路，但它们在转录和表观上是不同的，这引发了关于体外和体内细胞身份之间关系的几个有趣问题。SkMO 包含卫星样细胞
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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。a，小鼠成肌细胞在体外的分离和扩增以及 SkMO 的形成、生长和成熟的示意图。b，晚期 SkMO 的免疫荧光图像。MyoD（红色）、Pax7（绿色）和 Hoechst（蓝色）c，成肌细胞和晚期 SkMO 的免疫染色。d，成肌细胞和晚期 SkMO 中 Pax7MyoD 细胞的百分比。e， EdU 脉冲追踪实验的免疫荧光图像超过 48 小时，比较了成肌细胞、静止卫星细胞和晚期 SkMO 细胞。Pax7（绿色）、EdU（红色）和 Hoechst（蓝色）。f，每种细胞条件下 Pax7EdU 细胞的百分比。g，FACS 分离后立即成肌细胞、SkMO 衍生的 GFP 细胞和静止卫星细胞的代表性图像。h，增殖性成肌细胞、SkMO 衍生的 GFP 细胞和静止卫星细胞中细胞直径的比较。
卫星细胞和 idSC 具有转录相似性
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图 2：idSCs 与卫星细胞具有关键的转录相似性。a，卫星细胞、早期激活和应激反应、静止、细胞表面受体、ECM、分泌的生长因子和 Notch 通路基因的热图，根据 z 分数从高（红色）到低（蓝色）着色（n > 4）。b，维恩图描绘了成肌细胞、idSCs 和卫星细胞中的重要基因 （FDR ≤ 0.1）。c， 描绘原木的火山图2卫星细胞与成肌细胞（左下）、idSCs 与成肌细胞（右上）以及 idSCs 与卫星细胞（右下）之间基因表达的倍数变化。显著基因 （FDR ≤ 0.1） 显示为红色。d，通过比较成肌细胞、idSC 和卫星细胞之间的差异表达基因来识别 KEGG 通路。Myo，成肌细胞;SC，卫星单元。表观基因组学变化调节/是 idSC 形成的基础
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图 3：在 idSC 生成过程中，定义成肌细胞程序的关键调节区域被沉默。a，热图描绘了早期（第 10 天）、中期（第 20 天）或晚期（第 30 天）培养时间点和新鲜分离的卫星细胞在增殖成肌细胞和 idSC 之间发生的染色质可及性变化的动态模式。b，由 GREAT 基于无偏性粒突图生成的带有相关 GO BP 术语的分支分析，该象描述了不同样本类型染色质可及性的相似性。c，热图描绘了晚期 idSC 和卫星细胞相对于成肌细胞之间保守的染色质可及性变化的动态模式。d，晚期 idSC 和卫星细胞之间具有顺式调节峰保守的基因。e，具有顺式调节结合E-box 位点的基因对成肌细胞具有特异性。f，在 idSC 样品和卫星细胞中成肌细胞中结合的 E-box 位点的足迹。idSC 的肌肉再生能力与卫星细胞相当
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图4：idSC 的肌肉再生能力与卫星细胞相当。a，成肌细胞或 idSCs 移植和分析到 NSG 小鼠再生 TA 肌肉中的实验示意图。b，平均辐射度的量化。c，代表性免疫荧光显微照片，描绘了将 nGFPtdTomato 成肌细胞或 idSCs 移植到 NSG 小鼠新再生肌肉后的植入。d，成肌细胞或 idSC 移植后每块肌肉横截面的 tdTomato 纤维百分比的定量。e，代表性免疫荧光显微照片f，相对于每个切片总 Pax7 细胞的层下 Pax7tdTomato 细胞百分比的定量。g，63 天纵向 BLI 研究检查 10,000 个 idSCs 或成肌细胞的植入，然后在移植后 21 天和 42 天进行肌肉再损伤。h，第二轮再损伤前（第 42 天）TA 横截面的免疫荧光显微照片。
idSCs 恢复与卫星细胞相当的肌肉功能
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图5：idSCs 恢复与卫星细胞相当的肌肉功能。a，实验示意图概述了将 10,000 个 nGFP 细胞（成肌细胞、idSC 或新鲜分离的卫星细胞）移植到 NSG 小鼠的辐照 （IRR） 和随后受损的 TA 肌肉中。b，CTX 损伤后 21 d 对 TA 肌肉评估的比最大破伤风力。c，细胞移植后 21 d 横截面 TA 肌的缝合苏木精和伊红显微照片。d，样品中每部分的总肌肉纤维。
临床细胞疗法的一个障碍，是大规模生产细胞。团队目前的方法（旋转瓶培养或轨道摇动培养）很容易转移到用于中大规模生产同种异体细胞的方法。从转化的角度来看，这可能是产生自体细胞以治疗影响肌肉子集的遗传疾病、创伤引起的肌肉损伤和年龄相关性肌肉无力（肌肉减少症）的患者的可行方法。这种方法的未来迭代，结合基因疗法或 CRISPR 介导的基因编辑，可以保持肌肉质量并提供针对各种退行性遗传性肌肉疾病的校正基因。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-024-02344-7
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