抗衰老静止干细胞支持肌肉再生

来自卢森堡大学系统生物学中心(LCSB)计算生物学小组的研究人员参加了一项国际研究，重点是肌肉组织中的成体干细胞。这项合作的结果强调了两种不同性质的静态干细胞状态的存在。由于采用了一种新的计算方法，研究人员能够阐明与所观察到的干细胞异质性有关的一些分子机制，并在老年时恢复干细胞的再生功能。他们的研究结果最近发表在自然细胞生物学，表明干细胞的多样性和再生特性比之前预期的更能抵抗衰老，确保延长生存期并支持组织再生。

成人干细胞是未分化的细胞这种细胞遍布全身，具有自我更新的能力，可以分化成所有类型的细胞，帮助受损组织再生。随着时间的推移，干细胞老化是观察到的组织再生下降的原因之一，但潜在的机制在很大程度上仍然未知。“延缓或逆转干细胞功能衰退的可能性是再生医学中最吸引人的挑战之一，”LCSB计算生物学小组负责人安东尼奥·德尔·索尔教授解释说。

两种不同作用的干细胞状态

成体干细胞一生中大部分时间都处于静止状态:它们长时间处于休眠状态，只有在受到损伤时才会激活。然后它们繁殖并获得不同的命运，一些形成新的肌肉纤维，而另一些则补充干细胞池。最近的研究表明，静止干细胞群体是异质的，但这种异质性在组织修复中的作用以及它在整个生命过程中是如何演变的尚不清楚。来自LCSB的研究人员与来自西班牙、意大利和美国的同事合作，通过创新的计算方法，在小鼠身上研究了这些问题，从新生儿早期阶段到老年阶段。

他们在未受干扰的骨骼肌中发现了两种静止的干细胞状态，这两种状态由一种称为CD34的特定基因的相对表达来区分。表达高CD34水平的静止干细胞在受伤时被设定为自我更新，保持干细胞的真正特征(真实状态)，而那些表达低CD34水平的干细胞被启动分化为肌肉细胞(启动状态)。

在老年时期干细胞多样性的保存

研究人员进一步表明，真正的干细胞状态可以保存到老年:在体内肌肉再生过程中，年老的真正干细胞表现得和年轻的干细胞一样好。然而，在极度衰老时，这些干细胞的功能会急剧下降，并获得引物干细胞的特征。如果这最后的变化可能解释了老年时期肌肉再生的急剧恶化，那么这些结果也是出乎意料的:干细胞的多样性和再生特性比先前预期的更能抵抗衰老。

了解潜在的分子机制

为了更好地理解干细胞异质性如何随着时间的推移而演变，研究人员通过计算和数学建模探索了其中的机制。他们发现了一种分子途径，在维持两种静止干细胞状态中起作用。首先，一种被称为foxo的特定转录因子的活性是保存真正干细胞状态所必需的。相反，FoxO失活使真实状态恶化，导致干细胞获得启动状态的特征，如在极度衰老时所见。这表明，长寿的静止干细胞主要依靠FoxO信号来保持多样性和干性。

得益于一种新的计算方法，研究人员进一步探索了信号通路，发现两种分子——igf和akt——影响FoxO转录因子并调节干细胞状态。

对抗年龄依赖性肌肉萎缩

这项研究强调了长寿命干细胞异质性的丧失是衰老导致再生失败的驱动因素。了解如何保存在老年肌肉中具有最高再生特性的干细胞部分，对于增强肌肉再生，特别是在老年时期，至关重要。

“IGF-1/Akt/FoxO信号通路的鉴定及其在维持静止干细胞异质性中的作用可能有助于揭示激活干细胞修复的方法肌肉德尔·索尔教授强调说。“例如，靶向这些分子可以促进干细胞的干性，并构成一种有前途的策略，使老年真正的干细胞恢复活力，对损伤后的再生产生有益的影响。”

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