王震 藺海旗 湯運啟 鄒利民

(1廣東青年職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510550；2華南理工大學(xué)體育學(xué)院；3陜西科技大學(xué)；4井岡山大學(xué)體育學(xué)院)

人體有骨骼肌、心肌、平滑肌3類，其中骨骼肌含量最多。骨骼肌細胞稱為肌纖維，呈長條形狀，平行排列，數(shù)條肌纖維構(gòu)成一塊肌肉。骨骼肌生長發(fā)育的途徑為肌細胞激活→肌細胞增殖與分化→肌細胞融合成肌管。增齡性老年人肌肉大量丟失，導(dǎo)致跌倒受傷的風(fēng)險增加，嚴(yán)重影響老年人健康，因此，肌細胞增殖與分化成為研究熱點。衛(wèi)星細胞位于肌膜和基底膜之間，是骨骼肌增殖分化的干細胞，正常情況下很穩(wěn)定，當(dāng)受到外界刺激時肌衛(wèi)星細胞發(fā)生增殖，誘導(dǎo)骨骼肌組織再生。肌肉生長發(fā)育進程中，首先Pax3和 Pax7因子在胚胎顯著表達〔1〕，后期胚胎發(fā)育Pax7在肌纖維細胞有表達〔2〕。肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的激活條件和影響因子較多，激活的條件有運動、力學(xué)、光電、藥物刺激等，生物學(xué)因子有生肌調(diào)節(jié)因子(MyoD，Myf5) 、成纖維細胞生長因子(FGF)、肝細胞生長因子(HGF)等。當(dāng)肌衛(wèi)星細胞在運動、機械牽拉或其他刺激條件下，大量生物學(xué)因子激活衛(wèi)星細胞增殖，可抵抗肌減少癥發(fā)生。本文對肌衛(wèi)星細胞激活增殖與分化的生物學(xué)因子研究進展進行綜述。

1 肌衛(wèi)星細胞的激活

肌衛(wèi)星細胞受到牽拉、運動、低氧環(huán)境等刺激時會被激活。激活的肌衛(wèi)星細胞開始DNA復(fù)制、增殖與分化。激活的肌衛(wèi)星細胞MyoD基因先表達，隨后基因Pax7、M-cadherin、Myf5表達，后期肌細胞生長素(Myogenin)表達上調(diào)，此時骨骼肌開始分化〔3〕。有研究表明〔4〕，一氧化氮(NO)、HGF、HGF受體(c-MET)通路對肌衛(wèi)星細胞激活有重要作用。外界環(huán)境變化刺激肌衛(wèi)星細胞提高一氧化氮合酶(NOS)活性，釋放 NO，NO介導(dǎo)c-MET和HGF〔4〕，首先，HGF與c-MET結(jié)合，激發(fā)磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路信號；隨后HGF下調(diào)靜息狀態(tài)肌衛(wèi)星細胞生成抑制蛋白(Myostatin)，誘導(dǎo)肌衛(wèi)星細胞激活〔5〕。Myf5在肌衛(wèi)星細胞活化前表達上調(diào)，激活肌衛(wèi)星細胞〔6〕。FGF激活 MAPK 通路傳導(dǎo)，p38α /βMAPK 信號激活肌衛(wèi)星細胞〔7〕。肌衛(wèi)星細胞激活的條件及信號通路因子較多，相互作用機制復(fù)雜。

2 肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的影響因素

2.1力學(xué)、運動因素 運動、壓力和牽拉刺激可激活肌衛(wèi)星細胞，其體內(nèi)激活的研究較多，體外培養(yǎng)激活的研究較少。培養(yǎng)肌衛(wèi)星細胞研究表明〔8〕，加壓或牽拉刺激強度大抑制肌衛(wèi)星細胞增殖，刺激強度較小促進肌衛(wèi)星細胞增殖，因此，適中的刺激強度有利于激活體外培養(yǎng)肌衛(wèi)星細胞增殖與分化。運動導(dǎo)致肌肉延遲性酸痛，需要肌衛(wèi)星細胞激活增殖修復(fù)，其激活程度與訓(xùn)練負(fù)荷強度有關(guān)。運動牽拉刺激可激活肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的信號通路，如鈣-鈣調(diào)蛋白、NO、NOS、HGF、c-MET等〔9〕。有研究表明〔10〕，周期性牽拉刺激核轉(zhuǎn)錄因子κB可參與調(diào)節(jié)肌衛(wèi)星細胞增殖，抑制分化。有研究表明〔11〕，大鼠8 w跑臺運動后第1～7天，肌衛(wèi)星細胞損傷逐漸增多，此后，肌衛(wèi)星細胞修復(fù)和再生的運動刺激中，中等負(fù)荷刺激比無負(fù)荷和大負(fù)荷效果顯著。運動損傷、壓力牽拉刺激激活肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的條件及分子生物學(xué)機制還不清楚，如運動強度、負(fù)荷、頻度等。

2.2脈沖電磁場 肌衛(wèi)星細胞受脈沖電磁場刺激發(fā)生增殖與分化的研究集中在心血管疾病、腫瘤、骨質(zhì)疏松等治療領(lǐng)域。有研究表明〔12〕，脈沖電刺激老年人神經(jīng)肌肉，肌衛(wèi)星細胞發(fā)生增殖，肌纖維增多。有研究表明〔13〕，受低頻脈沖電磁場刺激腓腸肌重量和橫截面積增加顯著，提示低頻脈沖電磁場能促進肌衛(wèi)星細胞增殖。不同頻率電刺激可激活Notch、Wnt、Sphingolipid信號通路促進肌衛(wèi)星細胞增殖，但高頻電刺激可能使Sphingolipid和Notch信號通路被抑制，導(dǎo)致肌衛(wèi)星細胞分化水平降低〔14〕。脈沖電磁場可促進肌衛(wèi)星細胞增殖與分化，但脈沖磁場大小，刺激作用時間、強度等研究報道較少。

2.3藥物及其他因素 藥物及其他因素刺激肌衛(wèi)星細胞增殖與分化研究多見于體外培養(yǎng)的肌衛(wèi)星細胞，活體細胞研究較少。有研究表明〔15〕，雷帕霉素能促進體外培養(yǎng)肌衛(wèi)星細胞的分化。劉江等〔16〕使用脂多糖刺激體外培養(yǎng)的肌衛(wèi)星細胞，發(fā)現(xiàn)促進了肌衛(wèi)星細胞增殖與分化，還使用紅色發(fā)光二極管刺激體外培養(yǎng)的肌衛(wèi)星細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)辛伐他汀抑制肌衛(wèi)星細胞增殖。林琳〔17〕研究發(fā)現(xiàn)，在短時間內(nèi)黃芪多糖可促進肌衛(wèi)星細胞增殖。肌衛(wèi)星細胞增殖與脂肪酸濃度有關(guān)，濃度越小效果越好，不飽和脂肪酸效果比飽和脂肪酸顯著。

3 肌衛(wèi)星細胞增殖與分化的相關(guān)因子

骨骼肌肌衛(wèi)星細胞增殖、分化的因子有：MyoD、FGF、HGF、Myf5、NO、胰島素樣生長因子(IGF)-1、表皮生長因子(EGF)、黏液瘤細胞生長因子(MGF)、血小板源性生長因子(PDGF)，轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)、生肌調(diào)節(jié)因子(MRFs)、堿性(b)FGF、白血病抑制因子(LIF) 、人重組骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(rhBMP)、肌細胞增強因子(Mef2)、Pax 家族(Pax3、Pax7)等調(diào)節(jié)因子。肌衛(wèi)星細胞有分化作用的兩類重要因子：成肌調(diào)節(jié)因子(MRF)家族和黏附分M-鈣粘素，MRFs家族主要有MyoD、MyoG、MRF4 、Myf5、Myf6和Myogenin等。肌衛(wèi)星細胞激活增殖與分化起作用的多數(shù)調(diào)節(jié)因子及其機制已有研究，各有關(guān)因子間單獨及相互作用機制、信號通路還有待深入研究〔18〕。

3.1MyoD與肌衛(wèi)星細胞增殖分化 MyoD生肌因子是MRFs家族成員，在肌衛(wèi)星細胞靜息時不表達，當(dāng)受到外界刺激激活衛(wèi)星細胞，MyoD開始表達，促進肌肉增殖肥大〔19〕。有研究表明〔20〕，骨骼肌受到刺激時MyoD先表達，激活衛(wèi)星細胞并誘導(dǎo)分化，Myogenin 激活肌肉蛋白，促進肌纖維形成。轉(zhuǎn)導(dǎo)素樣分裂增強子(TLE3)在激活的衛(wèi)星細胞中表達，可調(diào)節(jié)MyoD功能，TLE3水平增加可抑制肌細胞分化，相反促進分化，表明TLE3通過調(diào)節(jié)MyoD活性參與體內(nèi)骨骼肌動態(tài)平衡。有研究表明〔21〕，用延胡索塊莖的脫氫卡立酸(DHC)處理骨骼肌衛(wèi)星細胞后MyoD活性增加，DHC激活p38 MAPK增強MyoD和E蛋白的異二聚化，加速MyoD激活與肌衛(wèi)星細胞分化，DHC可激活損傷肌肉中衛(wèi)星細胞再生能力修復(fù)損傷的肌肉。MyoD可激活下游肌源性物質(zhì)，如Myogenin等誘導(dǎo)肌衛(wèi)星細胞分化。

3.2HGF與肌衛(wèi)星細胞增殖分化 Jennische等〔22〕在骨骼肌再生中檢測到 HGF基因表達，認(rèn)為HGF與骨骼肌增殖有關(guān)系。大量表達 HGF的轉(zhuǎn)基因小鼠骨骼肌發(fā)育異位，提示 HGF在骨骼肌發(fā)育中有分散作用〔23〕。Tatsumi等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)，大鼠骨骼肌中HGF 通過其受體 c-met 激活衛(wèi)星細胞。培養(yǎng)的肌原細胞、單根肌纖維及在體骨骼肌的研究表明〔25〕，HGF與細胞膜上的 c-MET結(jié)合激活肌衛(wèi)星細胞。有研究表明，HGF可能與基質(zhì)的組成成分蛋白聚糖相連接，當(dāng)骨骼肌損傷時，HGF從細胞外基質(zhì)釋放出來與細胞膜上c-MET 結(jié)合，激活衛(wèi)星細胞。目前發(fā)現(xiàn)肌肉中存在HGF且是激活肌衛(wèi)星細胞唯一的生物學(xué)因子，當(dāng)肌肉損傷就釋放出來，縮短進入分裂期時間〔26〕。HGF調(diào)節(jié)肌肉再生過程中衛(wèi)星細胞活性，肌肉損傷及再生階段HGF轉(zhuǎn)錄因子水平與肌肉損傷程度成正相關(guān)〔27〕。HGF與內(nèi)皮細胞上c-MET 結(jié)合加速肌細胞分離，誘導(dǎo)細胞分化。HGF經(jīng)過有絲分裂和趨化作用使成肌細胞達到一定的濃度后融合，再生形成肌纖維。HGF釋放與肌肉損傷修復(fù)還需研究探討。

3.3IGF-1與肌衛(wèi)星細胞增殖分化 IGF-1屬于胰島素多肽家族，由70個氨基酸組成。據(jù)文獻報道〔28〕，肌肉損傷后衛(wèi)星細胞和再生肌細胞有IGF-1表達。在骨骼肌發(fā)育中IGF-1表達較高，成熟骨骼肌IGF-1表達較低。有研究表明〔29〕，IGF-1 受體介導(dǎo)IGFs促進骨骼肌分化，其受體表達水平影響IGFs 的敏感性，調(diào)節(jié) IGF-1 可促進肌細胞增殖與分化。有研究表明〔30〕，注射IGF-1到肌組織中，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星細胞增殖，肌纖維數(shù)量增多。

Liu等〔31〕研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1可調(diào)節(jié)肌源性轉(zhuǎn)錄因子MyoD和 Myf-5，激活肌衛(wèi)星細胞，促進肌肉肥大。有研究表明〔32〕，衰老的骨骼肌IGF-1濃度降低可能與老年肌肉再生能力減弱相關(guān)。大鼠靜脈注射IGF-1后脛骨前肌總蛋白和DNA含量增加顯著，IGF-1可激活衛(wèi)星細胞促進肌肉肥大〔33〕。IGF-1調(diào)節(jié)肌細胞增殖信號通路有蛋白激酶B(Akt)、MAPK等通路。IGF-1可促進Akt和MAPK磷酸化，激活PI-3K/Akt和MAPK信號通路。外源性IGF-1促進肌肉增大有兩條信號通路分別為PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和PI3K/Akt/糖原合成酶激酶(GSK)3。

3.4NO與肌衛(wèi)星細胞增殖分化 尼克酰胺嘌呤二核苷酸(ANPDH)和NOS作用與活性分子氧和血清L-精氨酸(Arg)生成NO。多種細胞中有NOS表達，有3種類型：內(nèi)皮型(eNOS)、神經(jīng)原型(nNOS)和誘導(dǎo)型(iNOS)。骨骼肌Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維中都有nNOS 表達，nNOS 與糖蛋白-抗肌萎縮蛋白結(jié)合體黏附在肌細胞膜。通常情況下，肌衛(wèi)星細胞處于安靜狀態(tài)，骨骼肌中NO水平較低，機體受到外界刺激時，如運動、損傷、應(yīng)力牽等，NOS活性增加。有研究證實〔34〕，NO在損傷骨骼肌中大量釋放，刺激激活衛(wèi)星細胞增殖肥大。培養(yǎng)的肌纖維研究發(fā)現(xiàn)，NO能激活靜態(tài)肌衛(wèi)星細胞，抑制NO肌衛(wèi)星細胞激活受到阻止〔35〕。

3.5TGF-β與肌衛(wèi)星細胞增殖分化 TGF-β是細胞生長調(diào)節(jié)的重要因子。有研究證實〔36〕，在修復(fù)和再生的肌肉中發(fā)現(xiàn)有大量的TGF-β，激活了肌衛(wèi)星細胞增殖和分化。Smith等〔37〕研究發(fā)現(xiàn)，肌肉拉傷在48 h內(nèi)TGF-β前體蛋白大量表達，促進肌肉修復(fù)。兔子骨骼肌實驗研究表明〔38〕，TGF-β可促進肌衛(wèi)星細胞增殖，在肌肉修復(fù)及再生時，TGF-β表達增加。有研究表明〔39〕，TGF-β家族成員可抑制肌肉的增殖與分化。肌肉生長抑制素(GDF)-8是TGF-β家族的新成員，GDF-8基因缺陷導(dǎo)致肌肉發(fā)育失控〔40〕。可見，TGF-β對肌衛(wèi)星細胞作用還有待進一步研究。

3.6MGF與肌衛(wèi)星細胞增殖分化 在應(yīng)力刺激骨骼肌細胞實驗時發(fā)現(xiàn)MGF，其是IGF-1剪接變異體，由70個氨基酸組成多肽IGF-1，影響細胞增殖與分化。MGF可調(diào)節(jié)骨骼肌、神經(jīng)和心肌細胞生物學(xué)特性。MGF可激活衛(wèi)星細胞增殖抑制分化，而IGF-1促進肌管形成〔41〕。MGF維持肌組織質(zhì)量和修復(fù)比IGF-1效果顯著。MGF可加速衛(wèi)星細胞、成肌細胞增殖并抑制分化，促進受傷肌組織修復(fù)，維持肌肉質(zhì)量。吳嵽等〔42〕對4周齡SD大鼠研究發(fā)現(xiàn)，MGF可激活G0期衛(wèi)肌星細胞并促進增殖。有研究發(fā)現(xiàn)，MGF可促進蛋白質(zhì)合成，還可激活衛(wèi)星細胞〔43〕。Kandalla等〔44〕研究發(fā)現(xiàn)，MGF可有效激活肌衛(wèi)星細胞增殖，促進肌肉修復(fù)?；铙w肌衛(wèi)星細胞研究發(fā)現(xiàn)，MGF可能與特異性受體結(jié)合激活細胞信號通路，加速肌肉增長〔45〕。提示提高體內(nèi)MGF含量可延緩老年性肌減少癥發(fā)生。

3.7MRF與肌衛(wèi)星細胞增殖與分化 MRF家族成員包括 Myf-5、MyoD、Myogenin和 MRF4，激活的肌衛(wèi)星細胞會上調(diào)MRF成員。胚胎發(fā)育早期表達的生肌因子有Myf-5和MyoD，激活衛(wèi)星細胞信號通路促進其增殖與分化。損傷的肌細胞修復(fù)過程中，MyoD起重要作用。Myf-5、MyoD在小鼠骨骼肌再生早期就開始表達，隨后在肥大的肌肉中有衛(wèi)星細胞均表達MyoD。MyoD可激活靜止期的衛(wèi)星細胞使其轉(zhuǎn)化為成肌細胞，加速成肌細胞融合形成肌纖維〔46〕。有研究證實〔47〕，小鼠骨骼肌MyoD調(diào)節(jié)衛(wèi)星細胞增殖分化，但缺乏MyoD衛(wèi)星細胞就延遲分化。MRF家族成員對衛(wèi)星細胞增殖分化通路及機制復(fù)雜，還需進一步研究。

3.8其他因子與肌衛(wèi)星細胞增殖與分化 培養(yǎng)的肌衛(wèi)星細胞研究發(fā)現(xiàn)〔48〕，F(xiàn)GF對衛(wèi)星細胞增殖有顯著作用，其家族成員FGF-1，2，4，6，9 也可促進衛(wèi)星細胞增殖。bFGF是一種堿性多肽，有研究證實〔49〕，bFGF可激活衛(wèi)星細胞增殖。有研究發(fā)現(xiàn)〔50〕，去神經(jīng)骨骼肌肉中bFGF可加速衛(wèi)星細胞促進骨骼肌增殖肥大。有實驗研究證實〔51〕，牛骨骼肌中bFGF對其肌衛(wèi)星細胞增殖有促進作用。Myostatin可使培養(yǎng)的衛(wèi)星細胞休眠，抑制衛(wèi)星細胞活化。在炎性肌病中發(fā)現(xiàn)有腫瘤壞死因子(TNF)，可能是引起肌肉降解的原因。損傷的肌肉中發(fā)現(xiàn)TNF-α 表達量增高，這可能加速肌衛(wèi)星細胞損耗，延緩骨骼肌修復(fù)。有研究發(fā)現(xiàn)〔52〕，TNF-α在早期肌肉形成起重要作用，后期抑制肌肉生成。