美国生物工程师重编程肌纤维产生成肌细胞，对抗肌肉退化

naturalkillerce

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美国生物工程师重编程肌纤维产生成肌细胞，对抗肌肉退化

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naturalkillerce导语：利用小分子抑制物---即酪氨酸磷酸酶抑制物和细胞凋亡抑制物，让成熟肌组织中的肌纤维重编程，也就是去分化产生单个的成肌细胞，而不是变成诱导性多功能干细胞，而且这些重编程得到的肌祖细胞(即成肌细胞)能够在体外培养和增殖，但是不会像多功能干细胞(无论是胚胎干细胞还是诱导性多功能干细胞)那样不受控制地增殖而产生肿瘤，同时这些新成肌细胞能够相互融合产生多核的肌纤维，从而能够修复受损的肌组织，这一点在小鼠中得到证实。- d# \, _; X+ e6 r, X1 I

7 C6 X( a1 Y/ B; ]+ C研究背景：4 W" L3 N/ c* C, w8 v( ~3 n: l8 Z0 K
背景之一：
. a1 I: ^* r; ~. ^) g% p  k% N+ J基于多功能性细胞(pluripotent cells)---这种干细胞类型能够转变为任何类型的成体细胞---治疗的当前研究一直都遭遇着挑战。多功能性细胞能够来自引起争论的胚胎组织，也可来自成体的分化细胞---它们能够被诱导去分化形成胚胎样干细胞状态。后面的这种技术通过特异性基因的表达重编程成体细胞回到一种多功能性干细胞状态，从而产生诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)。
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多功能干细胞几乎能够无限地分裂，而且如果没有分化为某种特定器官类型的话，这些细胞很快会形成畸胎瘤(teratoma)，即含有多种未成熟的畸形组织结合在一起的肿瘤，这也是使用iPSCs移植作为潜在治疗的一个严重性的消极面。因此，使用胚胎干细胞或iPSCs的最大挑战是即便单个未分化的多功能细胞也可以体内增殖而产生肿瘤。
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背景之二：
2 o, a) w- `* m$ t5 x. O% V骨骼肌组织是由细长束肌纤维组成，其中肌纤维是由成肌细胞(myoblast)融合在一起形成的。单个细胞融合在一起被认为是骨骼肌分化的最终步骤。1 q) a/ g7 C9 A9 {

/ W+ @+ l' _- ^+ m肌肉形成一直被认为是单向旅程，即从干细胞到成肌细胞再到肌纤维，但是研究人员能够获得多核的肌纤维来逆转这一过程并分离为单个成肌细胞。多年来，人们一直也想这样做，但是未获成功。
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研究结果
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研究人员将新重编程的成肌细胞(muscle cell, 也称作myoblast，发出绿色荧光)注射进小鼠体内，成功地相互融合生成新的肌纤维，从而修复受损肌组织。

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来自美国加利福尼亚大学伯克利校区的研究人员已拨回成熟肌组织的时钟，通过将这种组织暴露在小分子抑制物中，而不是改变细胞的基因组，诱导它返回到一个更早期的干细胞阶段以便形成新的肌肉。再者，研究人员在小鼠中证实这些新重编程的肌肉干细胞有可能用来帮助修复受损的组织。该研究成果于2011年9月23日发表在《Chemistry & Biology》杂志上，为开发新的治疗方法来对抗与肌肉萎缩症或衰老相关联的肌肉退化打开大门。4 M5 }5 Z) N& T7 p/ z
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研究成果之一：并不是所有干细胞都是平等创造的，重编程的成肌细胞不形成肿瘤) ^+ k& _: f$ w7 V0 w% g* ?
不同于能够分化为任何成体细胞类型的多功能干细胞，成体器官特异性的干细胞拥有设定好的命运。肌祖细胞(muscle progenitor cells)注定成为肌组织，肝祖细胞也只能成为肝组织等等。; Q5 ~+ h* Y9 b" T# V) W
此外，这些胚胎样细胞很难分化为功能性成体组织，如血液、大脑和肌肉。因此，研究人员不是让它们返回到多功能性阶段，而是聚焦于祖细胞阶段，在该阶段，肌祖细胞已经注定会形成骨骼肌，而且能够在培养基中分裂和生长。当注射进受损的腿部肌肉时，不论是在体内还是体外，这些祖细胞也分化成肌纤维(muscle fibers)。更重要的是，重编程的肌干-祖细胞(muscle stem-progenitor cells)当在体内移植到肌肉时并不形成肿瘤。  i( c+ X# ~5 w* `* u; `
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研究成果之二：使用分子信号拨回时钟让肌纤维变成成肌细胞
4 B- _; e1 g2 O& b: ?' _, R肌祖细胞通常位于成熟肌纤维旁边，这也是它们也被称作卫星细胞的原因。这些细胞保持休眠直到它们被激活以便修复修复受损或磨损的肌组织，同时构建新的肌组织。在人们的日常生活当中，这种情形经常发生，当它们通过搬运重物的方式扯掉旧的肌纤维并构建新的组织时，肌肉构建者就知道这种循环。3 j. i, q' }) |0 [- |% \
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然而，这种修复过程在患有杜氏肌肉萎缩症(Duchenne muscular dystrophy)---这种遗传疾病是因为一种有缺陷的结构性蛋白导致肌肉退化，随后导致肌干细胞耗光---病人中消失。
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. @! e- i, i2 S* n5 V$ m为了得到多核肌纤维逆转肌肉形成过程并分离为单个成肌细胞，研究人员让这些分化的肌组织暴露在酪氨酸磷酸酶抑制物中，从而再次给予这些成熟细胞开始分裂的信号。
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& s/ N  O' y1 h/ b8 Z3 X2 V0 P暴露肌肉纤维在这种酪氨酸磷酸酶抑制物中就是传送细胞分裂的信号，但是对它们而言，这可是一个非常戏剧性的变化，这是因为这些成肌细胞已经融合在一起形成一个更大的结构，即肌纤维，这些结构共享同一个细胞质和细胞骨架。如果人们只是简单让它们发生细胞分裂，它们当中很多会开始死亡。
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为了解决这种问题，研究人员也使用了一种细胞凋亡抑制物，这样就相当于对这些细胞进行洗脑让它们进入细胞周期，进行分裂，而且在这一过程中不会死亡。( [# E7 w. j% d* D
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这些小的化学抑制物分子进入细胞内部，在不改变细胞基因组的情形下改变细胞行为。尽管这些抑制物只能使用48小时(随后要被冲走)，但是对融合的细胞纤维分裂为单个的成肌细胞而言，时间足够充足。这些细胞能够正常地生存和死亡，因而它们就不存在不受控制地分裂变成肿瘤的风险。3 k! j0 K/ O7 L3 U" ]" i

5 U& O3 @% V" d$ u研究成果之三：重编程得到的成肌细胞能够产生新的肌纤维从而修复受损肌肉
1 E  N) P) r' }+ l) f! u% z为了证实他们获得的成肌细胞是成熟肌组织去分化产生的，而不是陪伴在肌纤维旁边的少数卫星细胞激活产生的，研究人员用一种发出绿色荧光的蛋白来遗传标记融合的肌纤维，结果发现发出绿光的成肌细胞只能来自分化的肌纤维。! z  l* R( v+ p* _  ?/ _, q

! O& [' J; N5 r4 Q3 V% F为了测试再生的新成肌细胞的活力，研究人员首先在实验室培养它们，证实它们能够生长、增殖，以及在正常条件相互融合形成新的多核肌纤维。1 G; l, d" K3 p( R, w' L
研究人员随后将这些去分化的成肌细胞注射进肌肉受损的活着的小鼠中。两三周之后，他们检查肌肉，发现了发出绿光的新肌纤维，证实研究人员从成熟组织中获得的祖细胞在体内有助于小鼠肌肉修复。
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+ T  n, k5 m3 R0 Y8 Q% P0 N/ s研究价值：
- F7 z  G9 q$ L1 b. t9 r! Y! S研究价值之一：使用这些分子抑制物来去分化成熟组织也是干细胞领域梦寐以求的应用。
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研究价值之二：利用小分子抑制物，让成熟肌组织中的肌纤维重编程，也就是去分化产生单个的成肌细胞，而且这些重编程得到的肌祖细胞(即成肌细胞)能够在体外培养和增殖，但是不会像多功能干细胞(无论是胚胎干细胞还是诱导性多功能干细胞)那样不受控制地增殖而产生肿瘤，同时这些新成肌细胞能够相互融合产生多核的肌纤维，从而能够修复受损的肌组织。5 p# N5 J& {' F3 _6 q; s2 L
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研究价值之三：尽管这种方法并不对所有的退化性疾病都有用，但是它对一些疾病而言，人们可以从已分化的组织开始，如神经元或肝细胞。但又比如I型糖尿病人缺乏产生胰岛素的胰腺胰岛β细胞，就没有可以开展研究的已分化的功能性组织。研究人员的方法并不是替换多功能细胞治疗，而是干细胞治疗方法中的另一种工具。
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/ a" d" T% e8 ^' e' [不足之处：研究价值已有指出。1 D7 m* f6 r3 X$ @& Q
不足之一：这种方法并不对所有的退化性疾病都有用，比如对I型糖尿病人而言，这种方法根本就无法开展。
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4 ]; `6 B) N$ V: p不足之二：只在小鼠身上进行实验，实际效果如何还在人肌组织中进行相关实验。
0 @3 ^5 K! D* w( \/ n+ p解决方法：研究人员的下一步研究包括在人肌肉组织中测试这一过程和筛选其他的能够帮助成熟组织去分化的分子化合物。

naturalkillerce

回复 naturalkillerce 的帖子9 L% f. T1 J% e% X9 r( c4 s
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简而言之，总结如下：
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      正常肌肉发育程序：1 h7 y8 i' N7 O8 c) L! \2 M
7 g" |- _# Q/ H, n7 C" U' G
                肌祖细胞(休眠，也称作卫星细胞)
' |5 w8 i/ s4 D. i* l                    激活↓                   , ^6 z+ Q5 S+ C# k3 Q8 R
作为成肌细胞进行几轮细胞分裂而得以增殖8 i9 l& X) C% K, c4 u9 s4 Y( T) K
                    融合↓
$ f% x' m# ~# ]7 s) X8 H9 z7 P成肌细胞相互融合形成肌纤维
" A2 m/ e- y& m' m! Q, k+ W                   组装↓4 U9 Z' _  M% n' }
肌纤维成束组装形成肌组织; t. I$ l- g; V- I- m2 Y, i

0 X4 Z6 |& \- {5 N研究人员重编程逆转肌肉发育程序：
' G  K! U! n9 d2 k7 o, I4 n8 U1 C# w1 I/ n6 i' G
                     成熟肌组织% _- J; C0 V6 t9 H/ G3 E/ J9 a& V
   加入化学抑制物↓" q% Y8 }* c: P4 T
组织中肌纤维分裂为单个的成肌细胞
6 G# ?( K3 L- \/ B# e                    增殖↓2 }* C+ I. y# v8 o
作为成肌细胞进行几轮细胞分裂而得以增殖. W4 U; N  L$ K+ U  l. O4 `: ?( Y
                   融合↓
5 I" k. L6 K$ c  |& m* Y/ o成肌细胞相互融合形成肌纤维4 {  w5 y; D* N( H0 ]
                  组装↓5 R, o' H; r. V6 D# U
肌纤维成束组装形成肌组织，修复受损肌组织

rexhz

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ivantanqi

3 B- T  Z) w$ w* ]9 G
8 w. a  J$ m# v: V1 {9 z$ @
这是文章的题目Inhibitors of Tyrosine Phosphatases and Apoptosis Reprogram Lineage-Marked Differentiated Muscle to Myogenic Progenitor Cells3 m* I$ D3 ]$ q! m0 b9 p. {  Q
abstrcat9 a4 E7 K  v( @# @& W
Highlights" J7 Y, o& A* ]6 K
Irreversible lineage marking of multinucleated myotubes by Cre-Lox method2 B5 S* j* X  ^( W4 W0 r8 J
Small molecule inhibitors reprogram lineage-marked muscle to their progenitor cells6 k( X4 f, q9 s) t
Reprogrammed myogenic progenitor cells contribute to muscle regeneration in vivo" A& \1 q' x4 ^
Summary
# z& d4 ?0 e$ ?+ {0 j4 n. h! N9 q3 U
' |* N. X; t3 L% AMuscle regeneration declines with aging and myopathies, and reprogramming of differentiated muscle cells to their progenitors can serve as a robust source of therapeutic cells. Here, we used the Cre-Lox method to specifically label postmitotic primary multinucleated myotubes and then utilized small molecule inhibitors of tyrosine phosphatases and apoptosis to dedifferentiate these myotubes into proliferating myogenic cells, without gene overexpression. The reprogrammed, fusion competent, muscle precursor cells contributed to muscle regeneration in vitro and in vivo and were unequivocally distinguished from reactivated reserve cells because of the lineage marking method. The small molecule inhibitors downregulated cell cycle inhibitors and chromatin remodeling factors known to promote and maintain the cell fate of myotubes, facilitating cell fate reversal. Our findings enhance understanding of cell-fate determination and create novel therapeutic approaches for improved muscle repair.; w! }2 q7 U5 F
我下载不了全文，有人可以提供一下。

houliming

Inhibitors of Tyrosine Phosphatases and Apoptosis Reprogram Lineage-Marked Differentiated Muscle to Myogenic Progenitor Cells
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苏眉1989

一直在思考一个问题，既然由ips向心肌细胞和神经细胞都已经很成熟了，为什么却没有见过由ips向肌细胞定向分化的方法，也一直在考虑用不用吧所有其他的诱导方法搬到肌细胞上来，楼主推荐的这篇文章及时的阻止了我忙乱的思路，好文章！

sciencezhu

好东西啊) z! F2 M: i. E) K" D; g

naturalkillerce

回复 苏眉1989 的帖子2 V4 Y  z% J3 t

$ d  x* @3 {6 R6 [  U8 r: E8 O( P  N呵呵，对大家有用就好啊。

letitbe521

楼主好，补充材料能再贡献一下吗？不胜感激啊！！！

aidiulgy9517

回复 naturalkillerce 的帖子- o" k; K8 w. Z% }

7 G8 I3 n# o! }1 e好版主，好东东，谢谢分享！