中山大學團隊發布骨骼肌衰老圖譜研究成果

2024年4月15日，中山大學張宏波、劍橋大學 Kourosh Saeb-Parsy及惠康桑格研究所Sarah A. Teichmann?共同通訊在Nature Aging在線發表題為“Human skeletal muscle aging atlas”的研究論文，該研究分析了來自17個供體的90,902個單細胞和92,259個單核，以繪制成人肋間肌的衰老過程，確定每個肌室的細胞變化。該研究發現不同的肌肉干細胞亞群表現出核糖體生物發生基因的減少和CCL2表達的增加，導致不同的衰老表型。

圖譜還強調了與神經肌肉連接處相關的核的擴張，這可能反映了神經的再支配，并概述了如何通過再生和慢肌纖維中快速型標記物的上調來減輕快肌纖維的損失。此外，該研究還記錄了衰老肌肉微環境在免疫細胞吸引中的作用。總體而言，該研究提供了一個全面的人類骨骼肌衰老資源(https://www.muscleageingcellatlas.org/)以及內部小鼠肌肉圖譜，以研究跨物種肌肉衰老的共同特征。

骨骼肌占人們體重的40%，對運動至關重要，在新陳代謝和免疫調節中起著關鍵作用。骨骼肌的主要成分是多核肌纖維(MFs)，根據其收縮速度、結構蛋白組成和代謝特性(氧化與糖酵解)，可分為“慢肌纖維”(I型)和“快肌纖維”(IIA型、IIX型和中間雜交纖維)。MFs被單個核肌肉干細胞(MuSCs)包圍，這些細胞在損傷后可以產生新的MFs。此外，肌肉微環境由支持成纖維細胞、脈管系統、免疫細胞、雪旺細胞和神經元軸突組成，它們將動作電位傳遞給MFs。

骨骼肌老化的特點是肌肉質量和力量的損失，經常導致肌肉減少。這是導致老年人跌倒和骨折的主要因素，是傷害和死亡的原因第二大因素。在衰老過程中，快速抽搐MFs的數量和大小都有選擇性地減少。此外，隨著年齡的增長，MuSCs的數量及其對刺激的激活和增殖也會減少。然而，目前尚不清楚這種萎縮的增加是由于基因表達的MFs內在變化，細胞微環境的影響還是兩者的結合。其他幾個假定的肌肉衰老因素，如干細胞衰老，去神經支配，代謝失調和慢性炎癥，也進行了研究。

單細胞和單核骨骼肌老化圖譜（圖源自Nature Aging）

以前的大多數研究都集中在一種特定的機制或細胞類型上，這給人們對肌肉衰老的整體理解留下了空白。為了解決這個問題，最近的小鼠和人類骨骼肌研究率先使用單細胞RNA測序(snRNA-seq) 或單核RNA測序(snRNA-seq) 來了解肌肉細胞類型的異質性及其在衰老過程中的變化。然而，這兩種方法在單獨應用于肌肉時都有局限性：液滴單細胞測序方法由于其大尺寸而無法捕獲MFs，而單核測序通常缺乏對肌肉微環境中較少的MuSCs和其他單核細胞類型的分辨率。

該研究在成年人的整個生命周期中對肋間肌的關節和snRNA-seq進行了研究。研究發現不同的肌肉干細胞亞群表現出核糖體生物發生基因的減少和CCL2表達的增加，導致不同的衰老表型。該圖譜還強調了與神經肌肉連接處相關的核的擴張，這可能反映了神經的再支配，并概述了如何通過再生和慢肌纖維中快速型標記物的上調來減輕快肌纖維的損失。此外，還記錄了衰老肌肉微環境在免疫細胞吸引中的作用。總體而言，該研究提供了一個全面的人類骨骼肌衰老資源以及內部小鼠肌肉圖譜，以研究不同物種肌肉衰老的共同特征。

https://www.nature.com/articles/s43587-024-00613-3