科學(xué)家開(kāi)發(fā)出首個(gè)人類(lèi)骨骼肌發(fā)育的細(xì)胞路線(xiàn)圖譜

一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Cell Stem Cell上的研究報(bào)告中，來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究開(kāi)發(fā)出了首個(gè)路線(xiàn)圖，其能清楚地揭示人類(lèi)骨骼肌發(fā)育的機(jī)制，包括肌肉干細(xì)胞的形成機(jī)制。

目前研究人員并不清楚人類(lèi)骨骼肌的發(fā)育軌跡以及祖細(xì)胞和干細(xì)胞狀態(tài)之間的過(guò)渡階段，文章中，研究人員利用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)對(duì)胚胎、胎兒及出生后階段的人類(lèi)骨骼肌組織進(jìn)行了深入分析，在硅片材料中研究人員識(shí)別出了肌原性細(xì)胞和其它類(lèi)型的細(xì)胞，并且構(gòu)建出了一個(gè)不同發(fā)育階段的人類(lèi)骨骼肌個(gè)體發(fā)育路線(xiàn)圖，以類(lèi)似的方式，研究人員還分析了由多個(gè)人類(lèi)多能干細(xì)胞（hPSC）肌原性分化步驟所產(chǎn)生的異質(zhì)性細(xì)胞培養(yǎng)物，并將hPSC衍生的肌原性祖細(xì)胞定位了到胚胎-胎兒的過(guò)渡時(shí)期。

研究者發(fā)現(xiàn)了不同豐富的生物過(guò)程，同時(shí)還在不同肌原性階段存在的共調(diào)節(jié)基因網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)錄因子，本文研究或能幫助研究人員深入理解人類(lèi)肌細(xì)胞形成的分子機(jī)制，同時(shí)也能幫助他們更好地理解hPSC衍生的肌原性祖細(xì)胞的功能，并為后期骨骼肌再生醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供新的思路。本文研究的亮點(diǎn)成果包括：1）研究人員構(gòu)建出了胚胎、胎兒、成體組織中四肢骨骼肌的圖譜；2）發(fā)現(xiàn)人類(lèi)肢體骨骼肌和支持細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程或存在差異；3）在不同發(fā)育階段PAX7肌肉組織細(xì)胞和干細(xì)胞或許并不相同；4）在人類(lèi)機(jī)體發(fā)育過(guò)程中，hPSC- PAX7細(xì)胞與胚胎至胎兒的過(guò)渡階段一致。

文章中，研究人員識(shí)別出了從早期胚胎發(fā)育到成年后的骨骼肌中存在的多種細(xì)胞類(lèi)型，重點(diǎn)關(guān)注肌肉祖細(xì)胞（在出生前促進(jìn)肌肉形成）和肌肉干細(xì)胞（出生后及機(jī)體損傷后再生）后，研究人員繪制出了細(xì)胞中基因網(wǎng)絡(luò)如何隨著細(xì)胞的成熟過(guò)程而發(fā)生改變。該路線(xiàn)圖的繪制能幫助研究人員在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)發(fā)肌肉干細(xì)胞，對(duì)于后期開(kāi)發(fā)再生細(xì)胞療法用來(lái)治療嚴(yán)重的肌肉疾病，包括肌肉萎縮癥、年齡相關(guān)的肌肉質(zhì)量和力量損失至關(guān)重要。研究者April Pyle表示，因衰老或疾病導(dǎo)致的肌肉損失往往是肌肉干細(xì)胞異常所導(dǎo)致的結(jié)果，人類(lèi)骨骼肌發(fā)育圖譜的繪制確定了肌肉祖細(xì)胞和干細(xì)胞在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中存在的精確基因網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于開(kāi)發(fā)出產(chǎn)生這些細(xì)胞的方法，從而用來(lái)治療相關(guān)肌肉障礙至關(guān)重要。

如今研究人員已經(jīng)能夠通過(guò)利用人類(lèi)多能干細(xì)胞來(lái)產(chǎn)生骨骼肌細(xì)胞，人類(lèi)多能干細(xì)胞能夠自我更新并分化為機(jī)體中任何類(lèi)型的細(xì)胞，然而，截止到目前為止，研究者并不能確定這些細(xì)胞在人類(lèi)發(fā)育過(guò)程中的具體位置。研究者表示，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中制造的肌肉細(xì)胞并不像在人類(lèi)機(jī)體中發(fā)現(xiàn)的完全成熟的肌肉干細(xì)胞那么樣發(fā)揮功能，為此他們就開(kāi)始著手制作這張地圖，并作為研究人員用來(lái)比較目前正在創(chuàng)建的細(xì)胞的基因特征和真實(shí)人類(lèi)骨骼肌組織的基因特征的參考。

為了創(chuàng)建這種資源，研究人員收集了兩組不同的骨骼肌細(xì)胞的高度特異性數(shù)據(jù)，即從胚胎發(fā)育的第五周到中年時(shí)期的人體骨骼肌細(xì)胞，以及研究人員在實(shí)驗(yàn)室中生成的人類(lèi)多能干細(xì)胞所衍生的骨骼肌細(xì)胞，隨后對(duì)這兩種來(lái)源的細(xì)胞的遺傳特性進(jìn)行了比較。研究人員獲得了21份人類(lèi)骨骼肌組織樣本，對(duì)于多能干細(xì)胞衍生的肌肉細(xì)胞而言，他們利用特殊的技術(shù)評(píng)估了所產(chǎn)生的細(xì)胞。

研究者對(duì)所有樣本進(jìn)行了高通量基于液滴的單細(xì)胞RNA測(cè)序，該技術(shù)能幫助研究人員識(shí)別出單細(xì)胞中存在的基因網(wǎng)絡(luò)，并能同時(shí)處理數(shù)千個(gè)細(xì)胞，利用該技術(shù)的強(qiáng)大功能，研究人員就能從人類(lèi)組織和多能干細(xì)胞中識(shí)別出多種不同細(xì)胞類(lèi)型的遺傳特征；隨后他們開(kāi)發(fā)出了計(jì)算方法來(lái)重點(diǎn)分析肌肉祖細(xì)胞和干細(xì)胞，并繪制出了每個(gè)發(fā)育階段相關(guān)的基因網(wǎng)絡(luò)，這就能使得研究人員將多能干細(xì)胞衍生的肌肉細(xì)胞中的基因特征與人類(lèi)肌肉發(fā)育圖譜中相應(yīng)的位置相匹配。研究者發(fā)現(xiàn)，他們嘗試過(guò)的所有方法所產(chǎn)生的多能干細(xì)胞衍生的肌肉細(xì)胞都與早期階段的肌肉祖細(xì)胞相似，其并不與成年肌肉干細(xì)胞相吻合。

除了能夠確定實(shí)驗(yàn)室所產(chǎn)生的細(xì)胞的真正成熟度外，這項(xiàng)分析還提供了發(fā)育階段骨骼肌中其它細(xì)胞類(lèi)型和人類(lèi)多能干細(xì)胞衍生的細(xì)胞群體的細(xì)節(jié)，這些細(xì)胞在肌肉細(xì)胞成熟過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，并可能會(huì)改進(jìn)在培養(yǎng)皿中產(chǎn)生并支持肌肉干細(xì)胞的方法。研究者Pyle說(shuō)道，在培養(yǎng)皿中產(chǎn)生肌肉細(xì)胞的某些方法也會(huì)產(chǎn)生可能支持肌肉細(xì)胞的特殊細(xì)胞類(lèi)型，所以研究者現(xiàn)在的問(wèn)題是，這些細(xì)胞到底在做什么？它們是否對(duì)于在培養(yǎng)皿中產(chǎn)生并支持肌肉干細(xì)胞的成熟和功能至關(guān)重要？

后期研究人員還會(huì)繼續(xù)深入研究利用相關(guān)研究結(jié)果開(kāi)發(fā)更好的方法，從而在實(shí)驗(yàn)室中利用人類(lèi)多能干細(xì)胞產(chǎn)生肌肉干細(xì)胞，研究者希望能通過(guò)重點(diǎn)關(guān)注干細(xì)胞相關(guān)的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)和所識(shí)別出的支持性細(xì)胞類(lèi)型，從而產(chǎn)生高能量的肌肉干細(xì)胞，為未來(lái)的再生醫(yī)學(xué)療法的開(kāi)發(fā)提供幫助。