PI3K-Akt信号通路调控新生儿肌腱再生中腱细胞与Tppp3谱系腱鞘细胞的协同作用

本研究揭示了PI3K-Akt信号通路在新生儿肌腱再生中的核心调控机制。研究人员通过RNA测序和谱系追踪技术，发现PI3K-Akt通路通过促进Scx谱系腱细胞和Tppp3谱系腱鞘细胞的增殖、迁移及干性维持，驱动生理性肌腱再生。抑制该通路导致再生肌腱变薄、力学性能下降，但促进胶原成熟。这一发现为开发靶向PI3K-Akt的肌腱修复策略提供了理论依据。

　　

肌腱损伤是临床常见疾病，全球每年影响超1600万患者。成人肌腱愈合缓慢且伴随纤维化瘢痕，而新生儿肌腱则能快速再生且瘢痕最小化，这种差异的机制尚不明确。理解新生儿肌腱的再生潜能调控机制，对开发促进成人肌腱修复的治疗策略至关重要。既往研究表明，肌腱再生涉及多种细胞类型，包括内在的Scx⁺腱细胞和外在的Tppp3⁺腱鞘细胞，但这些细胞在再生中的时空动态及其调控网络仍存在争议。

日本岐阜大学的研究团队在《Nature Communications》发表研究，通过比较新生儿和成年小鼠肌腱损伤后的基因表达谱，发现PI3K-Akt信号通路在新生儿肌腱中特异性激活。研究人员构建了Scx-CreER^T2和Tppp3-CreER^T2谱系追踪小鼠模型，结合药理学抑制和条件性基因操作，系统解析了PI3K-Akt通路对两类再生细胞的功能调控。

关键技术方法包括：RNA测序分析新生儿与成年肌腱差异表达基因；构建Rosa26-LSL-Pten基因敲入小鼠实现谱系特异性PI3K-Akt通路抑制；体外原代腱细胞和腱鞘细胞培养评估增殖、迁移和分化；显微CT和生物力学测试分析再生肌腱结构功能。

研究结果分为五个关键发现：

1. PI3K-Akt信号通路在新生儿肌腱损伤后特异性激活
   RNA测序显示PI3K-Akt通路相关34个基因在新生儿损伤肌腱中显著上调，Western blot证实pAkt(Ser⁴⁷³)磷酸化水平高于成年组。

2. PI3K-Akt调控腱细胞增殖迁移和干性
   抑制剂ZSTK474处理使原代腱细胞Ki67⁺比例下降40%，Transwell迁移减少60%，干细胞标志物Nes表达降低，而腱分化标志物Scx、Tnmd显著上调。

3. Scx谱系细胞特异性抑制导致再生缺陷
   Scx-CreER^T2;R26-LSL-Pten小鼠显示损伤3天后tdTomato⁺细胞迁移面积减少35%，28天后再生肌腱中Col2⁺软骨化生区域减少25%。

4. Tppp3谱系细胞是再生主要来源
   谱系追踪揭示再生肌腱中68%细胞来源于Tppp3⁺腱鞘细胞，抑制PI3K-Akt后其Tnmd⁺成熟腱细胞比例增加1.8倍，但再生肌腱厚度减少30%。

5. 功能恢复与力学性能关联
   PI3K抑制组小鼠跑步距离下降45%，踝关节活动度减少25%，肌腱拉伸强度降低40%，但胶原纤维直径增大15%。

该研究首次阐明PI3K-Akt通路通过双重调控机制促进肌腱再生：在早期阶段激活Scx⁺和Tppp3⁺细胞的增殖迁移能力，在晚期阶段抑制其过度分化维持组织稳态。值得注意的是，Tppp3谱系细胞不仅是再生主要细胞来源（占比超60%），更是软骨化生的主要贡献者（占异位软骨细胞的57%），这一发现修正了既往认为Scx⁺细胞主导再生的观点。

研究创新性在于揭示年龄依赖性肌腱再生差异的关键通路，并提出时空调控PI3K-Akt活性的治疗策略：早期激活促进细胞募集，晚期抑制诱导成熟分化。尽管长期PI3K-Akt激活存在致癌风险，但短期局部干预（如生物材料递送）可能成为安全有效的治疗选择。该研究为开发基于干性调控的肌腱再生疗法提供了重要靶点，对肌肉骨骼系统其他组织的修复研究也具有借鉴意义。