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为探究 LMNA 突变如何影响骨骼肌功能，研究人员以携带 LMNA - R482L 突变的转基因小鼠 C2C12 细胞系为模型，开展单细胞及批量 RNA 测序等研究。结果发现该突变影响 C2C12 细胞亚群，干扰分化时的代谢重编程并引发氧化应激。这为理解 FPLD2 相关骨骼肌病变提供依据。
在生命的微观世界里，细胞如同一个个精密运转的小工厂，维持着人体的正常生理功能。然而，当基因发生突变时，就像给这个小工厂混入了 “捣乱分子”，可能引发一系列的问题。在医学领域，有一种名为邓尼根型家族性部分脂肪营养不良（FPLD2）的严重代谢紊乱疾病，它常常伴随着心血管和骨骼肌等多方面的并发症，严重影响患者的生活质量和健康。而 LMNA 基因突变是导致 FPLD2 的重要原因之一，其中 R482 位点的突变尤为常见 。
尽管 FPLD2 与 LMNA 基因突变的关联已被知晓，但 LMNA 突变究竟是如何影响骨骼肌功能的，这一问题却如同迷雾，困扰着科研人员。肌肉在人体运动、能量代谢等过程中起着关键作用，弄清楚这个问题，对于深入理解 FPLD2 的发病机制，寻找潜在的治疗靶点至关重要。于是，来自俄罗斯阿尔马佐夫国家医学研究中心（Almazov National Medical Research Centre）等机构的研究人员决心揭开这层迷雾，开展了一项深入的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要运用了单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）、批量 RNA 测序（bulk RNA - seq）以及细胞代谢参数和活性氧（ROS）测量等关键技术。通过构建携带人 LMNA 基因野生型（hLMNA - WT）和 R482L 突变型（hLMNA - R482L）的转基因小鼠 C2C12 细胞系，为研究提供了稳定的细胞模型。
研究结果
- C2C12 细胞亚群特征及突变影响：通过 scRNA - seq 分析，研究人员发现转基因 C2C12 成肌细胞存在 4 个亚群，分为间充质（MES）和肌源性（MYO）两个主要增殖群体。其中，hLMNA - R482L 突变型成肌细胞中 MES - 2 亚群富集。进一步研究发现，MES 亚群细胞具有间充质和肌纤维母细胞的双重特性，表达细胞外基质（ECM）蛋白和胶原蛋白等相关基因；MYO 亚群则分为增殖的成肌细胞（MYO - 1）和成熟的肌细胞（MYO - 2），分别表达与骨骼肌生长发育、成熟相关的特征基因。
- 基因表达变化及相关通路分析：对 hLMNA - WT 和 hLMNA - R482L 成肌细胞进行差异表达分析，发现大部分表达变化出现在 MES 亚群。在 MES - 1 和 MES - 2 中，hLMNA - R482L 突变导致与结缔组织发育、骨化等相关基因上调，而细胞周期相关基因下调。在 MYO 亚群中，MYO - 2 的氧化应激防御系统相关通路下调，同时与氧化磷酸化、细胞呼吸相关通路上调。这些结果表明，hLMNA - R482L 突变使 C2C12 成肌细胞的基因表达向分化或特化方向转变。
- 氧化应激与自噬的变化：研究人员通过重新分析 bulk RNA - seq 数据集，发现 hLMNA - R482L 成肌细胞中与氧化应激和自噬相关的通路上调。进一步实验证实，hLMNA - R482L 成肌细胞和分化的肌管中 ROS 水平升高，同时自噬被激活，表现为自噬相关蛋白 LC3 - II 的积累增加。此外，对谷胱甘肽（GSH）网络的研究发现，hLMNA - R482L 成肌细胞中 GSH 水平升高，但在分化的肌管中降低，表明谷胱甘肽介导的抗氧化防御系统在应对突变引发的氧化应激时存在不足。
- 碳水化合物代谢的改变：在 hLMNA - R482L 成肌细胞向肌管分化过程中，研究人员发现碳水化合物代谢相关基因的表达发生显著变化。通过似然比检验（LRT）分析，发现与对照组相比，hLMNA - R482L 突变型在分化过程中，参与糖酵解等碳水化合物代谢途径的基因表达下调，影响了细胞的能量产生和物质合成能力。
- 细胞生物能量学的变化：利用海马 ATP 生成率测试和线粒体应激测试，研究人员评估了 hLMNA - R482L 突变对骨骼肌细胞生物能量学的影响。结果显示，在分化过程中，hLMNA - R482L 肌管的线粒体储备能力显著下降，质子泄漏增加；同时，与野生型相比，hLMNA - R482L 增殖期成肌细胞和分化早期的糖酵解 ATP 生成比例降低，表明突变影响了细胞在分化过程中的代谢转换，进而影响骨骼肌的正常功能。
研究结论与讨论
综合上述研究结果，研究人员发现 LMNA R482L 突变对 C2C12 成肌细胞的亚群组成、基因表达、代谢重编程以及氧化应激反应均产生了显著影响。这些变化不仅揭示了 FPLD2 相关骨骼肌病变的潜在分子机制，也为进一步研究 laminopathy 的发病机制提供了重要线索。
该研究首次详细描述了 C2C12 成肌细胞亚群在单细胞水平的特征，以及 LMNA R482L 突变对这些亚群的影响，发现细胞间的相互作用和信号通路在维持骨骼肌细胞复杂性中起着关键作用。同时，研究还揭示了突变与氧化应激之间的双向关系，即突变导致 ROS 积累，而 ROS 积累又进一步影响细胞功能，形成恶性循环。此外，代谢重编程的异常，尤其是糖酵解和戊糖磷酸途径的下调，可能是导致 FPLD2 患者骨骼肌异常的重要原因之一。
尽管该研究为理解 FPLD2 相关骨骼肌病变提供了重要的理论依据，但也存在一定的局限性。例如，实验使用的细胞系存在内源性小鼠 Lmna 基因的表达，可能影响突变诱导的变化；体外培养的细胞缺乏体内的细胞间和组织间相互作用，以及分化的肌管缺乏收缩活动，影响了细胞的功能和代谢。然而，这些局限性并不妨碍该研究的重要意义，它为后续研究提供了宝贵的参考，有助于推动对 FPLD2 及其他 laminopathy 疾病的深入理解和治疗策略的开发。未来的研究可以在此基础上，进一步探索如何干预这些异常的代谢和氧化应激过程，为 FPLD2 患者带来新的希望。
