如何老當益壯？科學家繪制迄今最完整肌肉衰老圖譜

“維持肌肉的水平是抗衰的最好方式，因為肌肉不單是運動器官，也是維持機體代謝的重要器官。我建議老年人和上班族，在力所能及的情況下，進行一定程度的高強度運動和耐力運動。”

隨著年齡的增長，人們常常會發現肌肉功能開始不如以前。很多老年人會經歷突然的摔倒，造成嚴重后果，甚至危及生命。有的老年人則保持著良好的運動表現，有些甚至讓年輕人都自愧不如。近日，一項研究通過分析肌肉細胞的各種變化，為人們揭示了肌肉老化的奧秘。

研究者們使用多種指標評估肌肉功能，形成迄今為止最完整的骨骼肌多模態單細胞圖譜。圖片來源：《自然》

這項研究于2024年4月22日發表于《自然》（Nature）雜志上，由來自中國杭州華大生命科學研究院、西班牙龐培法布拉大學（Pompeu Fabra University）、廣東藥科大學第一附屬醫院、Altos labs、中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院、廣州醫科大學附屬第五醫院等國內外機構的研究者們共同完成。

研究者們從西班牙和中國的31名參與者（17名男性和14名女性）中獲取了下肢肌肉活檢樣本，并將這些參與者分為成年組（15至46歲）和老年組（74至99歲），從而進行對比。研究者們使用了多種指標評估了肌肉功能，并進行單細胞RNA測序（scRNA-seq）、單核RNA測序（snRNA-seq）和單核ATAC測序（snATAC-seq）。研究將這些信息分析整合，形成了迄今為止最完整的骨骼肌多模態單細胞圖譜。

該研究發現肌肉衰老過程中的多種細胞變化和調節機制。比如隨著年齡的增長，具有爆發力的快速肌纖維會逐漸減少，更具耐力的慢速肌纖維則相對穩定。雖然年紀大的人的肌肉中負責修復與增殖的肌肉干細胞明顯減少，但是也出現一些新的肌纖維，發揮著特殊的保護作用。

這樣的細胞圖譜是如何繪制的？我們的肌肉由哪些細胞組成？肌肉衰老的過程有什么特點？老年人該如何保持肌肉健康、提升運動能力？為了回答這些問題，近日，澎湃科技采訪了該研究的第一作者、杭州華大生命科學研究院副研究員賴毅維。

【對話】

國際合作共繪肌細胞圖譜

澎湃科技：該研究通過單細胞和單核測序技術繪制了人類骨骼肌的多模態細胞圖譜，能否簡單介紹一下這種測序是如何操作的？大致是如何采集和分析樣本的？繪制圖譜用了多長時間？“多模態”主要體現在哪些方面？

賴毅維（杭州華大生命科學研究院副研究員）：單細胞測序是一種用于研究單個細胞的基因表達和基因組信息的技術。以本次研究為例，我們基于華大自主研發的單細胞建庫和測序平臺，把從組織里面分離出來的單個細胞、單個細胞核，加入進一種液滴生成裝置，從而把單個細胞（細胞核）包裹在單個液滴里面，形成一個油包水的結構，每個細胞（細胞核）的信息都可以在這個液滴里面被捕獲，從而通過測序的方法檢測出來。

我們用了三四年時間完成這次的人類骨骼肌多模態細胞圖譜的繪制。所謂的多模態，主要指我們既拿到了轉錄組的信息，也拿到了基因組上的調控元件的信息。

澎湃科技：該研究由國際間各機構共同合作完成。能否介紹一下這一合作的契機和過程？研究經費主要來自于哪里？

賴毅維：2019年，華大自主開發了一套單細胞測序技術DNBelab C4，當時我的導師Miguel A. Esteban研究員和華大的劉龍奇研究員邀請了非常多的國內外學者一起探討該技術的應用，這其中就包括西班牙龐培法布拉大學的國際著名肌肉研究專家Pura Mu?oz-Cánoves研究員。大家認為，應當把單細胞組學研究拓展到整個衰老與再生領域，而肌肉衰老則是其中一個重要組成部分。最終，我們組建了研究團隊，包括廣東藥科大學第一附屬醫院骨科的宋炎成主任、瓦倫西亞大學及醫院等國內外團隊，共同完成了這一項研究。

本項目研究經費來自華大生命科學研究院自籌經費以及國家自然科學基金、國家重點研發計劃等，國外合作方研究則受到了大學和當地政府的支持。

肌肉衰老：爆發力減退，更難修復

澎湃科技：研究顯示了對于多種肌肉細胞類型的觀察，包括肌纖維、肌核、肌肉干細胞、纖維脂肪前體細胞等。能否介紹一下這些細胞類型和它們的功能？

賴毅維：肌纖維是肌肉組織中最基本的單位，也是我們通常所說的肌肉纖維。它們是由許多肌原纖維組成的。肌纖維是肌肉收縮的主要執行單元。

肌核是指肌纖維中的細胞核。在肌肉的發育過程中，肌核會融合并成為多核肌纖維。肌核主要負責合成和維護肌纖維所需的蛋白質和其他細胞組分。

而肌肉干細胞是一類多能干細胞，也被稱為衛星細胞。它們位于肌纖維周圍的基底膜下，處于休眠狀態。當肌肉組織受到損傷或刺激時，肌肉干細胞會激活并分化為新的肌纖維，以修復和增長肌肉組織。

纖維脂肪前體細胞則是一類存在于肌肉組織中的多潛能細胞。它們具有分化為成纖維細胞或脂肪細胞的潛力。纖維脂肪前體細胞在肌肉修復和再生過程中起到重要的調節作用，它們可以參與形成肌肉纖維結構和調控肌肉組織的纖維化和脂肪沉積。

此外，還有血管內皮細胞、免疫細胞等等。這些細胞在肌肉功能的行使、肌肉組織的修復和再生中都發揮重要功能。

澎湃科技：研究對比了年輕人和老年人肌肉細胞的差異，能否介紹一下其中的主要發現？

賴毅維：研究發現，隨著年齡的增長，快速肌纖維會逐漸減少，而慢速肌纖維相對穩定。對此，研究人員構建了快速和慢速肌纖維退變的分子路徑，尋找到了兩種肌纖維退變機制的差異，發現慢速肌纖維面對衰老的應激具有較好的耐受能力。

此外，隨著年齡的增長，肌肉中出現了一些新的肌纖維群體。這些肌纖維在年輕人中幾乎看不到，卻在老年人中逐漸增多，比如修復型和退變型肌纖維亞型等新出現的肌纖維亞型。退變型可能是肌纖維衰老中率先衰老的群體，而修復型在老年人身體中發揮著特殊的保護作用，幫助維持肌肉的功能，減緩衰老過程。

我們還發現，在衰老過程中，肌肉干細胞進入了持續激活的狀態，最終導致了它們在衰老中的耗竭；內皮細胞促炎和趨化信號增加，而免疫細胞數量增多并啟動炎癥程序。這些變化表明，衰老后的肌肉在遭受損傷時更難修復，并可能促進全身性炎癥，加速老年人整體身體功能的衰退。

澎湃科技：研究樣本包括了來自西班牙和中國的參與者，請問種族對肌肉衰老的過程有何影響？

賴毅維：目前來看，兩邊的衰老方式和機制是一致的。但由于個體數量的限制，我們沒有辦法進一步剖析他們之間的區別。

多運動也能老當益壯

澎湃科技：能否簡單介紹一下肌肉減少癥？在什么情況下肌肉衰退被看成是一種病？該如何診斷？

賴毅維：肌肉減少癥，也被稱為肌無力癥或肌肉萎縮癥，是一組影響肌肉功能和大小的疾病。這些疾病導致肌肉無力、萎縮和減少，從而影響人體的運動能力和日常活動。

診斷肌肉減少癥通常需要綜合考慮病史、體格檢查、神經肌肉電圖和肌肉活檢等多個方面的證據。老年性肌萎縮往往因太常見而不被當做是一種病，但其對老年人的運動能力會產生顯著負面影響，當肌萎縮到一定程度時，老年人便無法支持自身的體重，時常發生摔跤受傷。這種跌倒或事故可能對老年人的健康和生活產生嚴重影響，最嚴重的受傷常被稱為老年人的最后一跤。

澎湃科技：根據研究結果，有哪些干預措施可以幫助人們保持肌肉的健康？研究對于肌肉減少癥的治療提供了哪些新思路？

賴毅維：均衡的飲食，充足的休息，維持健康的體重范圍，避免吸煙和飲酒過量等不良習慣，以及規律的運動，包括一定程度的高強度運動和耐力運動，這些都有助于保持肌肉的健康。

本研究從細胞和分子的層面，為診斷老年性肌萎縮提供了一個量化標準。后續的研究者將患者肌肉樣本里的細胞或分子特征，對應到本研究發布的肌肉衰老單細胞圖譜中，即可量化其肌肉衰老的程度。同時，對于本研究發現的衰老過程中出現的細胞亞型，或許可以為未來靶向性治療老年性肌萎縮提供科學依據，從而為逆轉肌肉衰老提供可能，對漸凍癥的治療也將具有一定的參考意義。

澎湃科技：既然肌肉不可避免的走向衰退，那么老年人是否不應該再對提升肌肉表現有所幻想？對于希望保持肌肉力量和功能的老年人，你有哪些建議？

賴毅維：并非如此。雖然肌肉不可避免走向衰退，但是我們發現老年人中有非常強的異質性，也就是有相對更健康的個體和健康狀況較差的個體。實際上，維持肌肉的水平是抗衰的最好方式，因為肌肉不單是運動器官，也是維持機體代謝的重要器官。我建議老年人和上班族，在力所能及的情況下，進行一定程度的高強度運動和耐力運動。