线粒体形态对肌肉干细胞功能及衰老的影响
生物体的衰老常常伴随着多组织和器官的生理功能丧失。其中，由于衰老导致的骨骼肌质量和力量的损失在临床上称为“肌肉减少症”。随着年龄的增长，肌肉减少症的发病率从 65 至 70 岁人群中的 14% 增加到 80 岁以上人群中的 53%，并于 2000 年被世界卫生组织认定为是造成多种高龄疾病的危险因素之一。在成年生物体中，肌肉的再生主要依赖于肌肉干细胞的扩增和分化。这种干细胞在常态下处于静止状态, 但可在损伤或压力的触发下迅速扩增并分化而形成新的肌肉纤维，以修补受到破坏的肌肉。随着年龄的增长，肌肉干细胞的数量和功能都受到影响，导致肌肉再生变得不再有效。尽管近十年来关于肌肉干细胞衰老的研究激增，到目前为止科学家们对肌肉干细胞的了解还非常有限。
近日，Pura Muñoz-Cánoves课题组在Cell Stem Cell上发表了题为:Mitochondrial dynamics maintain muscle stem cell regenerative competence throughout adult life by regulating metabolism and mitophagy的研究论文，首次呈现了肌肉干细胞的中线粒体动力学(Mitochondrial dynamics)，并揭示了线粒体动力学，尤其是线粒体分裂(mitochondrial fission)对肌肉干细胞功能的影响及其机制。在哺乳动物中，线粒体的分裂主要依靠Dynamin-related protein 1(DRP1)蛋白对线粒体的剪切。该课题组发现，在干细胞激活和扩增的过程中DRP1蛋白的表达大幅增长。接着，他们对小鼠肌肉干细胞内的DRP1蛋白进行诱导敲除。实验结果显示，DRP1蛋白的缺失造成了肌肉再生功能的大幅度衰退，而这一现象主要由2个原因导致：1.线粒体分裂功能的缺失造成了肌肉干细胞激活和扩增的过程中代谢的改变。细胞的氧化磷酸化OXPHOS无法正常增长，导致细胞分裂速度减慢。2. 粒体分裂功能的缺失同时导致了细胞自噬，尤其是线粒体自噬受到影响。缺少DRP1蛋白的肌肉干细胞无法移出损坏的线粒体，因此导致活性氧的积累，因而增加了细胞的氧化应激。通过对老龄小鼠肌肉干细胞的研究，他们揭示了DRP1蛋白的活性降低是导致衰老的肌肉干细胞功能下降的机制之一。通过对DRP1蛋白的重新表达，以及对氧化磷酸化和细胞自噬的刺激，该研究成功在一定程度上加快了老龄小鼠中肌肉干细胞的扩增速度。
参考文献：Campanario, Eusebio Perdiguero, Ignacio Ramírez-Pardo, Jessica Segalés, Pablo Hernansanz-Agustín, Andrea Curtabbi, Oleg Deryagin, Angela Pollán, José A González-Reyes, José M Villalba, Marco Sandri, Antonio L Serrano, José A (2022). Mitochondrial dynamics maintain muscle stem cell regenerative competence throughout adult life by regulating metabolism and mitophagy. Cell Stem Cell, 29(9), 1298-1314.
撰写人：李黛鑫/常伟