衰老肌肉干细胞中表观遗传失调通过IL-6和Spp1信号驱动间充质祖细胞扩增

《Nature Aging》：Epigenetic dysregulation in aged muscle stem cells drives mesenchymal progenitor expansion via IL-6 and Spp1 signaling

本研究揭示了衰老肌肉干细胞(MuSCs)中组蛋白修饰H3K27me3在Nfkb1基因位点的减少导致NF-κB表达上调，进而激活IL-6和Spp1信号通路，驱动纤维脂肪生成祖细胞(FAPs)增殖和纤维化的新机制。通过构建诱导性Ezh2基因敲除小鼠模型，研究人员发现衰老MuSCs能够自主指令FAPs获得纤维化表型，而阻断IL-6和Spp1信号可显著改善年龄相关性肌肉纤维化。该研究为理解肌肉衰老的细胞间通讯机制提供了重要见解，并为治疗肌肉减少症提供了潜在靶点。

　　

随着人口老龄化加剧，肌肉减少症已成为严重影响老年人生活质量的重要健康问题。这种年龄相关的肌肉质量、力量和功能下降，其背后隐藏着复杂的细胞分子机制。在骨骼肌这个精密系统中，肌肉干细胞(MuSCs)如同沉睡的修复工匠，正常情况下安静地等待着损伤信号将其唤醒，承担起修复受损肌纤维的重任。然而随着年龄增长，这些干细胞的功能逐渐衰退，同时肌肉组织中却出现越来越多的纤维化瘢痕组织，就像修复过程中错误地使用了过多"水泥"而缺乏"钢筋"，导致肌肉结构破坏和功能丧失。

长期以来，科学家们观察到衰老肌肉中纤维脂肪生成祖细胞(FAPs)的异常增多是导致纤维化的关键因素，但这些间充质祖细胞为何在年老时会失控增殖，它们与衰老肌肉干细胞之间是否存在某种"异常对话"，一直是领域内待解之谜。美国国立卫生研究院的研究团队在《Nature Aging》上发表的最新研究，正是瞄准了这一科学问题，揭示了衰老肌肉干细胞通过表观遗传调控机制主动驱动纤维化进程的全新机制。

研究人员采用了多种关键技术方法开展此项研究：通过构建他莫昔芬诱导的Pax7^CreER;Ezh2^f/f条件性基因敲除小鼠模拟衰老表型；利用荧光激活细胞分选技术分离肌肉干细胞和纤维脂肪生成祖细胞；运用单细胞RNA测序分析细胞群体异质性；采用CUT&RUN技术检测组蛋白修饰分布；通过体外共培养系统验证细胞间通讯；使用免疫中和抗体进行体内功能阻断实验。

删除多梳甲基转移酶Ezh2导致肌肉再生受损和纤维化

研究人员首先构建了肌肉干细胞特异性Ezh2条件敲除小鼠(iEzh2^-/-)，发现损伤后7天和28天，突变型小鼠的肌肉干细胞数量减少约65%，肌纤维横截面积显著减小，纤维化面积明显增加。免疫印迹分析证实Ezh2蛋白及其催化的H3K27me3修饰在突变型肌肉干细胞中显著降低。

肌肉再生受损导致FAPs扩增

研究发现iEzh2^-/-小鼠损伤后28天肌肉中PDGFRα阳性FAPs数量显著增加。通过与PDGFRα^EGFP报告小鼠杂交，证实损伤后7天和28天突变型小鼠中GFP阳性FAPs增多。EdU掺入实验显示突变型小鼠中FAPs增殖增加超过50%，而TUNEL检测未发现凋亡差异，表明FAPs扩增主要源于增殖增强而非凋亡减少。

iEzh2^-/-肌肉干细胞促进FAPs增殖

单细胞RNA测序分析发现iEzh2^-/-小鼠来源的FAPs中促纤维化基因(Acta2、Vcam1、Adam12、Ccn2、Col8a1、TGFβ2、Postn、Tnc)表达上调，而表达抗纤维化因子(Ccl2、Cxcl9、IL-33、IL-4Rα)的FAPs群体减少。体外共培养实验证实iEzh2^-/-肌肉干细胞足以促进FAPs增殖，细胞通讯分析预测胶原、纤维连接蛋白1、IL-6和Spp1信号通路激活。

衰老肌肉显示再生缺陷和纤维化

在24月龄老年小鼠中观察到类似iEzh2^-/-小鼠的表型：损伤后肌肉干细胞数量减少、肌纤维横截面积减小、胶原沉积增加和FAPs增多。转录组分析显示iEzh2^-/-与衰老肌肉干细胞上调基因显著正相关，表明两种模型具有相似的分子特征。

衰老肌肉干细胞通过IL-6和Spp1促进FAPs增殖

共培养实验发现衰老肌肉干细胞同样能刺激FAPs增殖和纤维化转化。ELISA和Luminex检测显示iEzh2^-/-和衰老肌肉干细胞上清液中IL-6和Spp1水平升高。免疫中和实验证实阻断IL-6或Spp1信号能显著减少衰老肌肉干细胞诱导的FAPs增殖和αSMA阳性肌成纤维细胞分化。

H3K27me3在Nfkb1基因位点的减少与NF-κB激活相关

CUT&RUN分析发现衰老肌肉干细胞中H3K27me3在Nfkb1基因启动子和增强子区域显著减少，伴随染色质可及性增加。这导致NF-κB表达上调，并增强其在IL6和Spp1基因启动子区域的结合。NF-κB siRNA敲低实验证实其对于IL-6和Spp1表达的必要性。

IL-6和Spp1阻断减少衰老小鼠纤维化

体内功能验证显示，老年小鼠损伤后给予IL-6受体和Spp1中和抗体治疗，可显著减少FAPs数量、降低Spp1水平、增加肌纤维横截面积和减少纤维化面积，证实靶向该信号通路的治疗潜力。

这项研究系统阐明了衰老过程中肌肉干细胞表观遗传失调驱动肌肉纤维化的分子机制，提出了"纤维衰老"的新概念。与"炎症衰老"类似，"纤维衰老"描述了组织纤维化随年龄增长而加重的趋势。研究发现不仅揭示了肌肉干细胞自主性指令FAPs增殖的新功能，还明确了IL-6和Spp1作为关键信号分子的核心地位。尤为重要的是，研究证实衰老肌肉干细胞中H3K27me3修饰在Nfkb1基因位点的特异性减少是启动这一恶性循环的表观遗传开关，而NF-κB的激活则是连接表观遗传改变与下游信号通路的分子桥梁。

该研究的创新性在于将衰老肌肉干细胞的表观遗传改变与间充质祖细胞的异常行为直接联系起来，突破了传统上认为纤维化主要由免疫细胞或基质细胞自主异常的观点。iEzh2^-/-小鼠模型的成功构建为研究肌肉衰老提供了有价值的工具，能够模拟衰老关键特征而不受发育阶段Ezh2缺失的干扰。从转化医学视角，研究证实阻断IL-6和Spp1信号可有效改善年龄相关性肌肉纤维化，为开发针对肌肉减少症的干预策略提供了新靶点。

这项研究深化了对肌肉衰老机制的理解，强调不同细胞类型间异常通讯在年龄相关病理过程中的重要性。未来研究可进一步探索如何特异性调控肌肉干细胞中的表观遗传状态，或同时靶向多个细胞群体，从而更有效地延缓或逆转肌肉衰老进程。随着人口老龄化趋势加剧，这类基础研究为开发改善老年人肌肉健康的新型治疗策略奠定了重要理论基础。