细胞外基质蛋白Tenascin-C通过Annexin A2调控肌肉干细胞稳态与衰老修复的新机制

《Communications Biology》：Tenascin-C from the tissue microenvironment promotes muscle stem cell maintenance and function through Annexin A2

本研究揭示了细胞外基质蛋白Tenascin-C(TnC)通过膜受体Annexin A2调控肌肉干细胞(MuSC)自我更新与迁移的新机制。研究人员发现纤维脂肪组祖细胞(FAPs)是再生过程中TnC的主要来源，TnC缺失会导致MuSC数量减少、迁移受损和再生缺陷。特别值得注意的是，衰老肌肉中TnC表达下降，而外源性TnC处理可逆转老年MuSC的功能衰退。该研究为改善年龄相关性肌肉再生障碍提供了潜在治疗靶点。

　　

当我们运动受伤时，肌肉能够神奇地自我修复，这主要归功于一群特殊的细胞——肌肉干细胞(MuSC)。这些细胞平时在肌肉纤维的基底膜下"休眠"，一旦感知到损伤信号，便会激活并增殖分化，完成修复任务。然而，这个精密的过程需要细胞周围微环境的精确调控，特别是细胞外基质(ECM)提供的信号支持。随着年龄增长，肌肉再生能力显著下降，这背后隐藏着什么秘密？近期发表在《Communications Biology》的研究为我们揭开了谜底。

研究团队发现，细胞外基质蛋白Tenascin-C(TnC)在肌肉修复过程中扮演着关键角色。通过比较TnC基因敲除(TnC-KO)小鼠与野生型(WT)小鼠，研究人员观察到TnC缺失导致MuSC数量减少、定位异常，并出现过早分化倾向。特别有趣的是，TnC-KO小鼠的MuSC失去了静息态细胞特有的细长突起结构，这提示它们可能处于异常激活状态。

在肌肉再生过程中，TnC表达呈现动态变化，损伤后3天开始上升，5天达到峰值。TnC-KO小鼠受损肌肉中的再生肌纤维横截面积显著减小，MuSC数量减少，而MyoD⁺定向祖细胞增多，表明干细胞库的维持受损。连续损伤实验进一步证实，TnC缺失会导致MuSC自我更新能力缺陷。

那么，TnC从何而来，又是如何发挥作用的呢？单细胞RNA测序分析显示，纤维脂肪组祖细胞(FAPs)是再生过程中TnC的主要来源。当研究人员将野生型MuSC移植到TnC-KO小鼠体内时，这些细胞的修复能力大打折扣，凸显了微环境来源TnC的重要性。共培养实验表明，WT FAPs能更好地维持MuSC的Pax7表达，而TnC-KO FAPs则无此效果。

机制探索发现，TnC通过膜受体Annexin A2(AnxA2)传递信号。Annexin A2在再生早期表达上调，免疫共沉淀和邻近连接实验(PLA)证实了TnC与Annexin A2的直接相互作用。当使用短发夹RNA(shRNA)敲低Annexin A2后，TnC促进MuSC维持的作用被消除。

细胞迁移实验揭示了TnC的另一个重要功能：促进MuSC向损伤部位迁移。TnC-KO MuSC的迁移距离和速度均显著降低，而外源性TnC处理能恢复其迁移能力。

最令人振奋的发现与衰老相关。研究人员发现老年肌肉中TnC表达显著降低，而TnC-KO年轻小鼠竟然出现了类似老年野生型小鼠的肌肉表型——MuSC减少、再生能力下降。更为重要的是，外源性TnC处理能够逆转老年MuSC的迁移缺陷和自我更新能力下降。

关键技术方法

本研究运用了多种先进技术：通过流式细胞术分选肌肉干细胞(MuSC)和纤维脂肪组祖细胞(FAPs)；利用TnC基因敲除小鼠模型进行表型分析；采用单细胞RNA测序解析细胞异质性和细胞间通讯；通过免疫共沉淀和邻近连接实验验证蛋白质相互作用；使用体外迁移实验和活细胞成像评估细胞运动能力；开展细胞共培养和移植实验研究细胞间相互作用。

TnC调控MuSC静息与肌源性分化

TnC-KO小鼠成年后MuSC数量减少，但胚胎期和出生后早期无差异。P14时TnC-KO肌肉中MyoD⁺细胞增多，Pax7⁺MuSC更多地位于间质而非基底膜下，且细胞突起减少，提示静息态异常。体外分化实验显示TnC-KO MuSC分化加速，表明TnC缺失导致MuSC过早分化。

TnC为成年骨骼肌再生和MuSC自我更新所必需

损伤后TnC表达瞬时升高，5天达峰。TnC-KO肌肉再生肌纤维面积减小，Pax7⁺细胞减少，Pax7⁺MyoD⁺细胞增多。连续损伤后TnC-KO小鼠MuSC进一步减少，自我更新能力受损。

FAPs是骨骼肌修复过程中TnC的主要来源

单细胞测序显示FAPs是损伤后TnC的主要生产者，其表达动态变化。移植实验表明微环境TnC对MuSC功能至关重要。共培养中WT FAPs能更好地维持MuSC的Pax7表达。

TnC通过膜蛋白Annexin A2信号调控MuSC功能

Annexin A2在再生早期MuSC中上调，与TnC存在物理相互作用。Annexin A2敲低消除了TnC对MuSC的促进作用。表达Annexin A2的MuSC亚群是TnC信号传导的主要执行者。

TnC促进MuSC迁移

TnC-KO MuSC迁移能力受损，外源性TnC可增强WT和TnC-KO MuSC的迁移。

TnC-KO小鼠呈现骨骼肌早衰表型

老年肌肉TnC表达下降，TnC-KO年轻小鼠出现类似老年WT的MuSC减少和再生缺陷。外源性TnC可逆转老年MuSC的功能衰退。

这项研究系统阐明了TnC-Annexin A2轴在肌肉干细胞功能调控中的核心作用，不仅深化了对肌肉再生微环境的理解，更为治疗年龄相关性肌肉功能障碍提供了新思路。通过恢复衰老肌肉中下降的TnC信号，可能成为未来再生医学的重要策略。