Nature：干细胞新类型

　　

据报道，斯坦福大学医学院的科学家近日在骨骼肌肌纤维的卫星细胞群里鉴定出一种具有多能分化性的肌肉干细胞，这类干细胞能分化成新细胞取代受损的肌肉细胞。斯坦福大学的科学家在过追踪活体动物细胞运行过程中发现这类干细胞。这一研究首次证实，肌肉纤维卫星细胞里含有肌肉干细胞。

 

鉴定卫星细胞里具有干细胞功能的细胞系对人类肌肉疾病诊疗具有重要的意义，比如说，肌肉萎缩症、肌肉损伤、肌无力等疾病。

 

药学博士Helen Blau说，我们可以鉴定卫星细胞里单个细胞是否为多能干细胞。这些新发现的干细胞具有干细胞的典型特征：可自我更新、可分化成为各种功能的细胞。Blau和研究小组将该研究成果发表在9月17日的《Nature》在线杂志上。

 

文章第一作者Alessandra Sacco博士认为，这一发现是令人震惊的，先前我们知道卫星细胞对肌肉再生具有重要的作用，但是一直没有发现卫星细胞里存在有干细胞，现在我们的研究发现卫星细胞里具有能自我更新的单细胞，可能就是干细胞。

 

肌卫星细胞位于骨骼肌细胞肌膜与肌膜之间，一旦肌纤维受损，卫星细胞就调动起来分化成为新肌肉细胞。这些特质还不足以证实卫星细胞是一种干细胞。干细胞必须具有自我复制的能力，除了分化成特定的细胞类型外还应该可以自我更新。

 

尽管很多的科学家都怀疑卫星细胞里含有肌干细胞，但是很难证实这一观点，因为暂时不能鉴定卫星细胞群里的每种细胞。也许，卫星细胞里的某个亚类细胞具有分化成特殊细胞的能力，而另一类细胞专门负责再生卫星细胞。

 

因此要证实卫星细胞群里有干细胞必须从单细胞水平上证实，首先细胞必须具有多能性，还需具有自我更新复制的能力。但是，从技术上来说分析单细胞的功能是比较困难的，需要花费很大的精力和物力来研究。

 

Sacco博士首先从经过遗传改造的小鼠体内提取卫星细胞，遗传改造后的卫星细胞带有红色荧光素，通过显微镜可观察。接下来，Sacco博士将这些卫星细胞移植到活体动物中，在使用斯坦福大学研发的新型成像系统观察细胞的分化情况。这样就能在活体动物里直接观察细胞分化的情况。

 

Sacco向144只小鼠的后肢肌肉里移植带荧光的卫星细胞，结果其中6只小鼠的卫星细胞具有增殖和自我更新的能力。在144只小鼠中只有6只被发现注入的是干细胞，这表明，卫星细胞群里干细胞只是其中的一种成分，并不是所以的卫星细胞都是干细胞。

 

这6只小鼠的卫星细胞增殖成20000到80000个新细胞。很多的细胞分化成为肌细胞形成肌纤维。更有趣的是，有些细胞还表达了特异的细胞标记物，这一标记物只在卫星细胞中可见，这一结果证实新分化的细胞里有些是原始卫星细胞的克隆，也就证实卫星细胞里确实有干细胞存在。

 

研究小组将深入研究这些干细胞，它可能为肌肉疾病带来新的契机。

 

附卫星细胞资料

骨骼肌卫星细胞是骨骼肌中具有分化增殖潜能的肌源性干细胞,由Mauro(1961)在对青蛙胫前肌的电镜研究中发现,因其与肌细胞位置关系密切而命名.卫星细胞位于骨骼肌细胞基膜与肌膜之间,属单核细胞,胞核扁圆,紧贴于肌膜下,核内异染色质较稀疏,细胞质较少.卫星细胞在正常状态下处于静止期,当肌肉受损、坏死或负荷过重时,该细胞被激活,开始增殖(有丝分裂)、分化(功能蛋白的表达)并融合成多核,最后形成肌纤维.Mauro指出,卫星细胞的存在可能与骨骼肌的再生有关.以后,大量研究证实卫星细胞对骨骼肌受创伤后肌纤维的再生和修复起着重要的作用。

原文检索：Self-renewal and expansion of single transplanted muscle stem cells

 

【Abstract】

Adult muscle satellite cells have a principal role in postnatal skeletal muscle growth and regeneration1. Satellite cells reside as quiescent cells underneath the basal lamina that surrounds muscle fibres2 and respond to damage by giving rise to transient amplifying cells (progenitors) and myoblasts that fuse with myofibres. Recent experiments showed that, in contrast to cultured myoblasts, satellite cells freshly isolated3, 4, 5 or satellite cells derived from the transplantation of one intact myofibre6 contribute robustly to muscle repair. However, because satellite cells are known to be heterogeneous4, 6, 7, clonal analysis is required to demonstrate stem cell function. Here we show that when a single luciferase-expressing muscle stem cell is transplanted into the muscle of mice it is capable of extensive proliferation, contributes to muscle fibres, and Pax7+luciferase+ mononucleated cells can be readily re-isolated, providing evidence of muscle stem cell self-renewal. In addition, we show using in vivo bioluminescence imaging that the dynamics of muscle stem cell behaviour during muscle repair can be followed in a manner not possible using traditional retrospective histological analyses. By imaging luciferase activity, real-time quantitative and kinetic analyses show that donor-derived muscle stem cells proliferate and engraft rapidly after injection until homeostasis is reached. On injury, donor-derived mononucleated cells generate massive waves of cell proliferation. Together, these results show that the progeny of a single luciferase-expressing muscle stem cell can both self-renew and differentiate after transplantation in mice, providing new evidence at the clonal level that self-renewal is an autonomous property of a single adult muscle stem cel

（生物通 张欢）