研究發現Gli1標記的“警戒”狀態肌肉干細胞促進骨骼肌再生

11月1日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心趙允研究組與廣州國家實驗室胡蘋研究組合作完成的研究成果（Gli1 marks a sentinel muscle stem cell population for muscle regeneration）。該研究發現以Gli1為標志物的肌肉干細胞亞群。該細胞群處于“警戒”狀態，可以快速響應外界刺激，具備強大的再生潛能，在骨骼肌損傷修復中具有關鍵作用。

骨骼肌是人體最主要的運動器官、最大的蛋白質儲存庫以及重要的代謝與內分泌器官。急慢性損傷和衰老均導致骨骼肌的結構和功能異常。肌肉干細胞（muscle stem cells，MuSCs）對骨骼肌的損傷修復起到決定性作用。良好的骨骼肌再生能力可以維持肌肉穩態、促進損傷修復；反之，再生障礙將導致肌肉萎縮和功能減退。局部損傷和環境應激可導致MuSCs向中間狀態轉化，被稱為G_Alert狀態。這種狀態可以使MuSCs更快地進入細胞周期并更有效地分化。G_Alert MuSCs被認為是肌肉受傷后迅速激活，為滿足肌肉再生的要求而做好準備的干細胞。MuSCs是一個異質性群體，在肌肉維持和再生過程中起著決定性作用。MuSCs的異質性可能是其細胞命運和功能變化的基礎，具有特定功能的MuSCs亞群的鑒定和表征將為調節肌肉再生的機制提供重要認知。

肌肉相關疾病諸如肌少癥、大體積損傷、DMD等嚴重降低患者生活質量，重則危及生命，但目前尚未有行之有效的治療方法。補充具有高效增殖與分化能力的健康肌肉干細胞對治療肌肉相關疾病具有重要作用。因此，發現一個在肌肉再生過程中起主要作用的新的肌肉干細胞亞群，闡明該亞群的作用機制，并以相關信號通路為理論基礎，研發高效便捷的肌肉相關疾病治療方法是領域內亟待研究的重點。

本研究構建了Gli1-CreERT2;R26-tdTomato小鼠，并通過單細胞測序發現Gli1⁺細胞中存在一群肌肉干細胞。這在后續的免疫熒光染色、流式分析和Gli1和Pax7雙基因譜系示蹤小鼠模型等中得到確認。進一步，為了探究Gli1⁺ MuSCs亞群的功能，該研究誘導了骨骼肌損傷。結果顯示，損傷后14天，Gli1⁺ MuSCs參與了約80%肌纖維的再生。通過FACS分選出Gli1⁺和Gli1^- MuSCs，研究進一步證實Gli1⁺ MuSCs在體外具有更強的增殖和分化能力。此外，在小鼠體內選擇性清除Gli1⁺細胞聯合MuSCs移植實驗表明，Gli1⁺MuSCs比Gli1^-MuSCs具有更強的再生能力。進一步的研究表明，Gli1⁺MuSCs具備G_Alert細胞的特性，如細胞體積增大、線粒體代謝/活性增加以及mTOR信號通路上調，表明這是一群獨特的MuSCs。綜上所述，Gli1⁺MuSCs是一種獨特的肌肉干細胞群。它們作為哨兵細胞，在未損傷的肌肉中保持“預警”狀態，在損傷后能夠快速反應并加速肌肉再生。

研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會和上海市科學技術委員會等的資助，并獲得分子細胞卓越中心細胞分析技術平臺、動物實驗技術平臺和分子生物學技術平臺的支持。中國科學院大學杭州高等研究院的科研人員參與研究。

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