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为探究急性骨骼肌损伤时 FAPs 变化及机制,研究人员发现褪黑素可激活 AMPK 通路缓解 FAPs 衰老,促进肌肉修复。
在人体这座精妙的 “机器” 中,骨骼肌扮演着极为重要的角色,它不仅支撑着我们日常的运动,还对身体代谢等诸多功能有着关键影响。然而,当骨骼肌遭遇损伤,就如同机器的关键零件出了故障,会严重影响生活质量。目前,临床上对于肌肉损伤缺乏十分有效的治疗手段,大多只能依靠生活方式调整和术后康复来应对。
在此背景下,中山大学附属第七医院等机构的研究人员展开了深入研究,相关成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上。此次研究意义重大,为治疗骨骼肌损伤提供了全新的理论依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。在数据获取与分析方面,利用 GEO 数据库中的数据进行生物信息学分析,同时开展单细胞测序数据分析和转录组测序分析;在模型构建上,建立了小鼠急性骨骼肌损伤模型以及褪黑素体内外治疗模型;实验检测技术涵盖了肌肉组织免疫荧光、Masson 三色染色、Sirius 红染色、糖原 PAS 染色、细胞免疫荧光、Western blot、RNA 分离和实时 PCR 等,通过这些技术从不同层面深入探究相关机制。
研究结果如下:
- FAPs 在急性骨骼肌损伤后呈现衰老表型:研究人员通过对 GEO 数据库中骨骼肌损伤的单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)数据分析,发现损伤后 FAPs 中衰老相关通路上调。进一步实验验证,如构建 CTX 损伤模型,测量血清中肌酸激酶(CK)和乳酸脱氢酶(LDH)水平,进行肌肉切片染色等,证实了 FAPs 在损伤后出现衰老,且伴随肌肉纤维化增加。
- 体外验证急性骨骼肌损伤诱导 FAP 衰老和氧化还原失衡:研究人员分离 FAPs 后发现,CTX 损伤后 FAPs 数量减少,SA-β-Gal 分析、Western blot 分析等表明,损伤促进了 FAPs 衰老,且损伤组 FAPs 中活性氧(ROS)水平升高,线粒体功能受损,同时衰老细胞分泌的相关因子 mRNA 水平增加。但 FAP 衰老与骨骼肌再生的关系尚不明确。
- 褪黑素维持氧化还原稳态并减轻 FAP 衰老:鉴于 FAP 衰老与氧化还原失衡等相关,研究人员探究抗氧化剂的作用。体外实验中,添加褪黑素后,SA-β-Gal 阳性细胞减少,细胞衰老相关蛋白水平改变,ATP 生成能力恢复,线粒体功能改善,这表明褪黑素能有效减轻损伤诱导的 FAPs 衰老。
- FAP 衰老减弱了其促进 C2C12 分化的能力:研究表明 FAPs 的主要功能与旁分泌机制有关,可促进肌肉干细胞分化。研究人员通过细胞共培养实验发现,损伤组 FAPs 促进 C2C12 分化的能力显著降低,而褪黑素处理可缓解这一现象,不过其具体机制尚不清楚。
- 褪黑素通过激活 AMPK 减轻 FAP 衰老:对褪黑素处理的 FAPs 进行 RNA-seq 数据分析,发现 AMPK 信号通路显著富集。后续实验,如使用 AMPK 抑制剂 Compound C 和 siRNA 转染敲低 LKB1(AMPK 通路关键调节因子),证实了褪黑素减轻 FAP 衰老的作用是通过激活 AMPK 信号通路介导的。
- 对 FAPs 进行抗氧化干预可恢复肌肉功能:在体内实验中,建立褪黑素治疗模型,结果显示褪黑素处理减少了 FAP 衰老相关细胞数量,减轻了肌肉纤维化,改善了肌肉糖原含量和储存能力,表明褪黑素有助于肌肉修复和功能恢复。
研究结论与讨论部分指出,急性损伤后 FAPs 出现氧化还原稳态失衡和细胞衰老,导致骨骼肌再生和修复功能下降,而褪黑素治疗可减轻 FAPs 衰老,促进肌肉修复功能恢复,这表明褪黑素有望成为改善因 FAPs 衰老而受损的肌肉修复能力的干预手段。此外,研究还发现 FAPs 在急性骨骼肌损伤时会衰老,这与以往对慢性骨骼肌损伤中 FAPs 异常激活和分化的研究有所不同。未来进一步探究 FAPs 功能,有望基于疾病模型开发更精准的治疗方法。
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