Pbk通过AMPK/ULK1介导的肌源性自噬正调控成肌细胞分化与肌肉再生

《Journal of Translational Medicine》：Pbk positively regulates myoblast differentiation and muscle regeneration via enhancing AMPK/ULK1 mediated myogenic autophagy

本研究针对骨骼肌再生机制不明确的问题，开展了Pbk激酶在成肌细胞功能和肌肉再生中作用的研究。发现Pbk通过增强AMPK介导的ULK1磷酸化促进肌源性自ophagy，从而正向调控成肌细胞分化融合和肌肉再生过程，为肌肉损伤治疗提供了新靶点。

　　

当我们运动时肌肉拉伤，或者罹患杜氏肌营养不良症(DMD)等肌肉疾病时，骨骼肌的再生能力至关重要。这种再生能力主要依赖于肌肉干细胞——卫星细胞，它们被激活后增殖分化为成肌细胞，最终融合形成新的肌纤维。然而，调控这一过程的内在分子机制仍有许多未解之谜。

近年来，自噬在细胞稳态维持和疾病发生中的作用备受关注。特别是在肌肉再生过程中，自噬通过重塑细胞结构为成肌细胞分化提供支持。AMPK作为细胞能量状态的传感器，在营养匮乏时通过直接磷酸化激活ULK1激酶复合物来启动自噬过程。尽管AMPK和ULK1都被证明与肌肉再生相关，但它们在肌分化过程中的具体调控机制尚不清楚。

在这项发表于《Journal of Translational Medicine》的研究中，山东大学的研究团队将目光投向了一个相对陌生的蛋白激酶——PDZ结合激酶(Pbk)，探索它在骨骼肌再生中的潜在作用。Pbk是一种丝氨酸-苏氨酸激酶，属于MAPKK家族，在多种癌症中异常表达，并参与细胞生存、增殖和凋亡调节，但其在骨骼肌中的作用从未被深入研究。

为了解答这一问题，研究人员开展了一系列精细的实验。他们首先通过生物信息学分析发现，在肌肉损伤后，Pbk的表达显著上调。随后利用临床样本证实，在DMD和IMNM患者的再生肌纤维中Pbk表达增加。在技术方法上，研究结合了生物信息学分析、小鼠骨骼肌损伤模型、慢病毒介导的基因敲降和过表达、细胞增殖凋亡检测、免疫荧光染色、蛋白质印迹分析以及临床肌肉标本检测等多种手段。

Pbk在骨骼肌损伤后表达上调

研究人员通过分析GEO数据库中的微阵列数据集发现，在小鼠骨骼肌损伤后，Pbk是表达上调最显著的蛋白激酶之一。在临床样本中，DMD和IMNM患者的肌肉组织中Pbk蛋白水平明显高于健康对照，且主要表达于eMyHC阳性的再生肌纤维中。

Pbk敲降损害小鼠骨骼肌再生

通过建立小鼠胫骨前肌BaCl₂损伤模型，研究人员发现Pbk表达在损伤后第3天和第7天显著上调。慢病毒介导的Pbk敲降导致Pax7阳性卫星细胞减少，再生肌纤维数量下降，纤维化增加，肌纤维横截面积减小，表明肌肉再生过程受损。

Pbk是成肌细胞增殖和存活所必需的

体外实验显示，在C2C12成肌细胞中敲降Pbk会降低细胞活力、减少EdU阳性细胞数、增加TUNEL阳性细胞数，而过表达Pbk则产生相反效果，证明Pbk对成肌细胞的增殖和存活至关重要。

Pbk在成肌细胞分化过程中表达上调并被限制从细胞质向细胞核转位

有趣的是，在成肌细胞分化过程中，Pbk的表达呈现动态变化：分化初期迅速下降，随后逐渐回升。同时，Pbk的亚细胞定位也从增殖期的核内为主转变为分化期的胞质为主，这一转变提示Pbk可能通过不同的机制参与增殖和分化调控。

Pbk正向调控成肌细胞分化并依赖其激酶活性

研究人员发现，Pbk敲降会损害成肌细胞的分化和融合，降低肌源性标志物MyoG和MyHC的表达，而过表达Pbk则促进这些过程。特别重要的是，使用特异性激酶抑制剂HI-TOPK-032处理细胞后，肌源性分化受到明显抑制，表明Pbk的这一功能依赖于其激酶活性。

Pbk通过增强AMPK介导的ULK1磷酸化促进肌源性自噬

机制研究表明，Pbk通过调节AMPK/ULK1信号通路来影响肌源性自噬。Pbk敲降或激酶活性抑制会降低AMPK和ULK1的磷酸化水平，减少自噬相关蛋白LC3、Atg5和Becn1的表达，增加p62的积累。重要的是，ULK1激动剂LYN-1604能够逆转HI-TOPK-032对自噬和成肌细胞分化的抑制作用。

研究结论表明，Pbk在骨骼肌再生中发挥关键作用：一方面促进成肌细胞增殖存活，另一方面通过AMPK/ULK1信号通路增强肌源性自噬，从而正向调控成肌细胞分化和肌肉再生。这一新发现的信号通路为理解肌肉再生机制提供了重要见解，也为开发针对肌肉损伤和肌病的治疗策略提供了潜在靶点。

然而，研究也存在一些局限性。Pbk调控AMPK/ULK1磷酸化的具体分子机制尚未完全阐明，可能是直接作用还是通过其他分子间接调控仍需进一步探索。此外，体内实验中Pbk敲降可能影响巨噬细胞等其他细胞类型，这些细胞在肌肉再生中的作用不容忽视。将小鼠研究结果推广到临床应用时也需要谨慎评估。

总的来说，这项研究首次揭示了Pbk在骨骼肌生物学中的重要功能，为未来开发基于成肌细胞的治疗策略奠定了理论基础。随着对肌肉再生分子机制认识的深入，我们有理由相信，针对Pbk-AMPK-ULK1信号通路的干预措施可能为肌肉相关疾病的治疗开辟新的途径。