杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy，DMD）是一种由DMD基因突变引起的严重退行性肌肉疾病，主要表现为进行性肌肉无力和肌肉丧失。该病通常在患者2至4岁时表现出症状，并最终因心脏和呼吸衰竭而死亡。目前的研究主要集中在基因疗法和药物干预的开发上，但对疾病发生的细胞和分子机制，尤其是早期阶段的变化，了解仍然有限。
由于患者肌肉样本的获取极为困难，特别是在疾病早期阶段，研究往往依赖于小鼠模型。然而，常用的小鼠模型未能充分再现人类DMD患者的病理进程，例如小鼠的寿命仅稍有缩短，而人类患者的寿命缩短约75%。因此，科学界迫切需要一种能忠实模拟人类DMD病理的动物模型。
2024年9月13日，昆明理工大学陈永昌团队发表在Cell上题为Profound cellular defects attribute to muscular pathogenesis in the rhesus monkey model of Duchenne muscular dystrophy的研究通过CRISPR-Cas9基因编辑技术，生成了携带DMD基因突变的猕猴模型，并通过单细胞RNA测序对这些模型的肌肉组织进行了深度分析。
文章要点
1) DMD猕猴模型的生成和表征。作者利用基因编辑技术生成了携带DMD基因突变的猕猴模型。这些模型成功表现出与人类DMD患者相似的早期病理表型，如肌肉纤维横截面积增加，纤维核位于中央，以及严重的肌肉纤维化。肌肉损伤的严重程度随着年龄的增长而加重，血清生化标志物（如肌酸激酶、乳酸脱氢酶等）也显著升高，证明了这些猕猴模型在病理进程上与人类DMD患者具有高度相似性。
图1 DMD猕猴模型的生成和特征描述
2) DMD猴子表现出肌肉无力。在DMD模型中，虽然MuSCs的数量在早期阶段有所增加，但这些干细胞表现出显著的分化缺陷。RNA测序分析揭示，许多MuSCs未能完成正常的分化过程，反而趋向于凋亡、衰老，甚至转向纤维化路径。这种分化障碍是由细胞内部缺陷引起的，导致肌肉再生能力大幅下降，最终导致肌肉功能的持续损伤。
图2 DMD猕猴的运动功能评估
3) 骨骼肌中DMD猴子的细胞成分鉴定。研究发现，在DMD猕猴中，FAPs发生了显著的分化方向变化，特别是倾向于脂肪细胞分化，导致了肌肉中的脂肪侵入，进一步加重了肌肉的纤维化。更重要的是，这种纤维化是TGF-β独立的，这与传统观点大相径庭，提示了FAPs在DMD病理中扮演的关键角色。
图3 野生型和DMD猕猴骨骼肌的单细胞RNA测序分析
4) DMD猕猴模型中免疫细胞的变化。DMD猕猴的免疫细胞构成发生了显著的变化，尤其是巨噬细胞的数量显著增加，既有促炎亚群，也有抗炎亚群。这些变化表明，抗炎机制在疾病早期已经被激活，以平衡由慢性肌肉损伤引起的促炎免疫反应。此外，特异性出现的树突状细胞表明DMD猕猴的肌肉中存在异常的肌肉损伤和再生缺陷。
图4 DMD猕猴模型中免疫细胞的变化
5) DMD猴子模型中FAPs的动态变化。FAPs和MuSCs在DMD猕猴中的纤维化水平显著升高，但TGF-β信号通路的活性较低，表明该纤维化过程并非通过传统的TGF-β途径介导。这一发现为DMD的抗纤维化药物开发提供了新的潜在靶点。
图5 DMD猴子模型中FAPs的动态变化
本研究通过创建DMD猕猴模型，揭示了疾病早期阶段的细胞和分子机制，尤其是在免疫细胞、FAPs和MuSCs中的动态变化，为进一步探讨DMD的病理机制提供了新的视角。通过证明DMD并非仅仅是已分化细胞的问题，而是早期干细胞功能障碍的结果，本研究拓宽了DMD治疗的潜在靶点，尤其是在干细胞修复和抗纤维化领域。此外，TGF-β独立的纤维化机制的发现，为未来开发更有效的抗纤维化药物提供了新的线索。
Ren S, Fu X, Guo W, Bai R, Li S, Zhang T, Liu J, Wang Z, Zhao H, Suo S, Zhang W, Jia M, Ji W, Hu P, Chen Y. Profound cellular defects attribute to muscular pathogenesis in the rhesus monkey model of Duchenne muscular dystrophy. Cell. 2024 Sep 13:S0092-8674(24)00970-X.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.08.041.
