上海生科院實現肌肉干細胞在體外擴增

　　5月15日，學術期刊Cell Research 在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所胡蘋研究組和王紅艷研究組合作研究的最新論文：Combination of inflammation-related cytokines promotes long-term muscle stem cell expansion。這一研究發現四種促炎因子IL-1α、 IL-13、 TNF-α和IFN-γ可以促進肌肉干細胞的增殖和擴增，進而促進肌肉損傷修復。通過模擬體內的肌肉干細胞增殖條件，建立了體外長期培養肌肉干細胞的系統，解決了肌肉干細胞無法在體外擴增的問題，使得在體外大量培養和擴增具有功能的肌肉干細胞成為可能，為肌肉相關疾病的再生醫學治療奠定了基礎。

　　成體干細胞沒有致瘤性，其使用不涉及倫理問題，具有較高的安全性，是非常有前途的再生醫學治療的細胞來源。理想的成體干細胞療法的策略是從患者或捐獻者體內獲取少量組織，分離干細胞后在體外擴增出足夠的用于移植的干細胞。這一策略有效地避免了目前療法“以損傷修復損傷”的問題，其關鍵在于建立高效擴增功能性干細胞。但是，多數成體干細胞難以在體外進行有效的功能性擴增，因而阻礙了成體干細胞在再生醫學中的應用。與多數成體干細胞類似，肌肉干細胞很難在體外擴增。同時，肌肉干細胞在體外培養后很快分化為肌肉祖細胞，失去了在體內修復肌肉損傷的能力。這一問題是阻礙肌肉干細胞用于肌肉相關退行性疾病治療的主要困難。

　　胡蘋研究組和王紅艷研究組通過研究體內肌肉干細胞增殖的微環境，發現T細胞誘導的急性炎癥是肌肉干細胞增殖的重要微環境。并通過生物化學分析方法，進一步鑒定出T細胞所分泌的最小有效細胞因子組合，發現該細胞因子組合能夠像T細胞一樣，有效地促進肌肉干細胞在體外的增殖和長期傳代。長期培養后的肌肉干細胞不僅保持了高效的體外分化能力，而且能在體內高效修復肌肉損傷。在損傷修復后，移植的肌肉干細胞能夠回歸正確的niche，并修復后續肌肉損傷。傳代后的肌肉干細胞在全基因組水平上具有與體內肌肉干細胞相似的表達譜。這一系統的建立有效地解決了肌肉干細胞在體外培養后迅速喪失干性，無法在體內修復肌肉損傷的問題，為肌肉干細胞用于再生醫學治療奠定了基礎。同時，這一工作揭示了免疫細胞、急性炎癥與成體干細胞之間的有機聯系，為進一步深入研究免疫反應與機體再生的關系奠定了基礎。

　　這項研究工作得到了香港中文大學教授王華婷、孫昊和張保亭等的大力幫助。得到中國科學院、科技部、上海科學技術委員會和國家自然科學基金的經費支持。

圖示：用含有cytokine 組合培養的MuSCs在一次移植后能夠在體內修復多次肌肉損傷。(A) 檢測移植的肌肉干細胞修復二次損傷能力的實驗流程示意圖。在誘導第一次損傷后移植肌肉干細胞，給予野生型受體小鼠充分的恢復時間（60天）。在第一次損傷完全修復后，誘導二次肌肉損傷，不再進行細胞移植，在二次損傷發生后的第7、11天分別收取肌肉樣品，檢測損傷修復情況。(B) 在二次損傷發生7天后通過免疫熒光染色檢測Pax7的表達。紅色代表RFP信號，60天前移植的肌肉干細胞組成型表達RFP。綠色代表Pax7免疫熒光染色。灰色代表laminin免疫熒光染色。藍色代表DAPI染色。Merge 代表Pax7、RFP、laminin、DAPI染色的復合圖像。Scale bars, 20μm。(C) 在二次損傷發生11天后通過免疫熒光染色檢測MYH3的表達。MYH3標記新生的肌纖維。紅色代表RFP，來自于60天前移植的肌肉干細胞。綠色代表MYH3免疫熒光染色。灰色代表laminin免疫熒光染色。藍色代表DAPI染色。Merge 代表MYH3、RFP、laminin、DAPI染色的復合圖像。Scale bars, 20μm。(D) 在二次損傷發生7天后RFP+Pax7+ MuSCs數目的統計學分析。Error bars是根據四次獨立的實驗計算而來。*代表在統計學上具有顯著性。P<0.01。移植的肌肉干細胞修復二次損傷的效率的統計學分析。Error bars是根據四次獨立的實驗計算而來。NS代表在統計學上沒有顯著差異。