来自特定肌肉祖细胞的细胞外囊泡作为少肌症的新型治疗策略

《Stem Cell Research & Therapy》：Extracellular vesicles from specific muscle progenitor cells as a novel therapeutic strategy for sarcopenia

　　

摘要

背景

少肌症以年龄相关的骨骼肌质量丧失和功能减退为特征，对终身健康和福祉构成重大挑战。目前，不存在有效的治疗干预措施。在之前的工作中，我们利用人类诱导多能干细胞（hiPSCs）开发了一种特殊的肌肉祖细胞（MPCs），称为 Givi-MPC。这些细胞在少肌症和肌营养不良肌肉模型中均表现出强大的再生能力。然而，源自 Givi-MPC 的细胞外囊泡（EVs）在使衰老肌肉干细胞（MuSCs）及其微环境恢复活力方面的潜力仍未被探索。本研究调查了源自 Givi-MPC 的 EVs 在治疗少肌症方面的疗效。

方法

使用 CHIR990021 和 givinostat 从 hiPSCs 中生成 Givi-MPC。通过尺寸排阻色谱法从 Givi-MPC 或原代人肌母细胞中分离 EVs，并通过透射电子显微镜（TEM）、Western blotting 以及基于串联质量标签（TMT）的质谱法进行表征。老年 C57BL/6J 小鼠（24–25 个月龄）接受源自 Givi-MPC 的 EVs 肌内给药，并通过抓握力测试、免疫组化、代谢分析和空间转录组学评估疗效。为了评估再生能力，经 EVs-Givi-MPC 或磷酸盐缓冲盐水（PBS）处理的老年 MuSCs 进行了体外成肌分化，并在心肌毒素诱导的肌肉损伤后移植到 mdx/scid 小鼠中。

结果

蛋白质组学分析显示，与原代人肌母细胞来源的 EVs 相比，源自 Givi-MPC 的 EVs 富含与再生、血管生成、轴突修复和细胞稳态相关的蛋白质。EVs-Givi-MPC 治疗显著增加了肌肉质量和力量，减少了肌肉退化，增强了血管生成，并重新编程了老年肌肉的代谢格局。EVs-Givi-MPC 治疗增强了分离出的老年 MuSCs 的克隆扩展和成肌分化。移植后，与 PBS 处理的对照组相比，经 EVs-Givi-MPC 预处理的 MuSCs 在第 5 天产生了更多的 dystrophin?/Myh3?细胞，在第 30 天产生了更多的 dystrophin?纤维。空间转录组学和免疫染色表明，Givi-MPC EVs 逆转了 MuSCs 的衰老，并将其转录组特征重新编程为自我更新和分化，同时将微环境信号恢复至更年轻的状态。

结论

源自 Givi-MPC 的 EVs 改善了肌肉质量、纤维横截面积和抓握力，有效使老年 MuSCs 及其微环境恢复活力。这些发现支持了基于 EVs 的治疗作为治疗少肌症新方法的潜力。