体细胞突变积累导致骨骼肌再生障碍与肌力下降的机制研究

本研究针对衰老过程中基因组不稳定性引发的组织功能障碍这一关键科学问题，通过构建肌肉特异性Msh2/Blm双敲除（MSM）和Msh2单敲除小鼠模型，首次证实体细胞突变（SNVs/InDels）的积累会损害骨骼肌再生能力并降低肌力。研究人员采用Pax7-CreERT2诱导系统结合三次BaCl2损伤-再生循环，发现突变积累导致肌纤维横截面积减小、胶原沉积增加及握力下降。该成果发表于《Nature Aging》，为理解衰老相关肌少症提供了新视角。

　　

衰老伴随的组织功能衰退一直是生物医学领域的核心问题，其中骨骼肌再生能力随年龄增长而下降的现象尤为突出。尽管已知基因组不稳定性是衰老的标志之一，但体细胞突变如何具体影响组织功能仍不清楚。这项发表在《Nature Aging》的研究通过创新性动物模型，首次揭示了体细胞突变积累与骨骼肌功能障碍的直接关联。

研究团队构建了两种基因工程小鼠模型：肌肉特异性Msh2/Blm双敲除（MSM）模型和Msh2单敲除模型。Msh2参与DNA错配修复，其缺失会导致单核苷酸变异（SNVs）和小片段插入缺失（InDels）；Blm缺失则引起染色体结构变异（SVs）。通过Pax7-CreERT2系统在卫星细胞（SCs）中特异性敲除这些基因，并结合三次BaCl₂诱导的胫骨前肌损伤-再生循环，模拟了体细胞突变积累的过程。全基因组测序（WGS）和免疫荧光染色是关键技术手段，分别用于突变分析和DNA损伤标记检测。

主要研究发现

1. 1.

   模型构建验证

   MSM小鼠再生肌肉中Msh2/Blm等位基因重组效率达13-16%，免疫荧光显示Msh2/BLM蛋白表达显著降低，证实模型构建成功。

2. 2.

   再生能力受损

   

   MSM小鼠再生肌纤维横截面积较对照组减少21%，胶原沉积持续存在，但纤维脂肪祖细胞（FAPs）数量未增加，提示纤维化并非由慢性FAP扩张引起。

3. 3.

   突变谱特征

   WGS显示MSM小鼠SNVs增加1.61倍，结构变异（如大片段缺失）显著增多。53BP1和磷酸化RPA染色证实DNA双链断裂（DSBs）和单链DNA积累，这些损伤主要集中于中央核肌纤维。

4. 4.

   关键突变基因

   在检测到的13个外显子SNVs中，Npm1和Rpsa在再生过程中高表达。其中Rpsa是卫星细胞激活的关键调控因子，而Pnkd突变与运动障碍相关，这些基因可能共同导致再生障碍。

5. 5.

   功能学证据

   握力测试显示MSM小鼠肌力下降30%，肌肉重量增加幅度低于对照组。值得注意的是，Msh2单敲除小鼠虽未出现明显DNA损伤，但表现出与MSM相似的肌力和再生能力下降，证明SNVs积累足以引发表型。

研究意义

这项工作首次建立了体细胞突变积累与组织功能障碍的因果关系，突破性地证明即使不伴随显著DNA损伤，SNVs的积累也能损害肌肉再生。该模型为研究其他组织衰老提供了范式，对理解衰老相关疾病（如肌少症）和细胞治疗中供体年龄的影响具有重要价值。研究还提示，针对特定突变基因（如Rpsa/Pnkd）的干预可能成为抗衰老的新策略。

值得注意的是，MSM小鼠中观察到的额外表型（如胶原沉积增加）提示结构变异可能通过未知机制加剧组织损伤。未来研究可通过单细胞测序等技术进一步解析突变细胞的命运抉择过程。这项研究由Peter Vrta?nik、Lara G. Merino等共同完成，为衰老生物学领域提供了重要理论突破。