骨骼肌失神经损伤后肌卫星细胞的研究进展_郭汝宝

收稿日期:2011 － 12 － 01 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30973806) 作者简介:郭汝宝(1981 －) ，男，江苏邳州人，医师，博士研究生，研 究方向:推拿手法治疗脊柱疾病。 通讯作者:沈国权(1951 －) ，男，上海人，主任医师，博士研究生导 师，硕士，研究方向:脊柱疾病的推拿治疗。 ［12］ 段浩．生脉饮加味治疗病毒性心肌炎的临床观察［J］． 中医 临床研究，2010，2(5) :32 － 33． ［13］ 宗桂芬，王玲，王芳 ．玉屏风散合生脉饮治疗病毒性心肌炎 48 例［J］．实用中医内科杂志，2004，18(3) :241． ［14］ 魏艳玲．生脉散合归脾汤加减治疗病毒性心肌炎［J］． 医药 论坛杂志． 2007，28(20) :114． ［15］ 刘维庆．益气养阴宁心汤治疗病毒性心肌炎 34 例［J］．陕西 中医 ，2003，24(6) :517 － 518． ［16］ 魏剑平．“益气养阴法”治疗小儿病毒性心肌炎迁延期的疗 效观察［J］．甘肃中医，2007，20(7) :33 － 34． ［17］ 魏洪伟，赵序云 ． 生脉注射液治疗病毒性心肌炎临床疗效 分析［J］．世界中西医结合杂志 ，2010，5(1) :64 － 65． ［18］ 苗灵娟，李艳 ．稳心颗粒治疗病毒性心肌炎疗效观察［J］． 医药论坛杂志，2007，28(18) :112． ［19］ 宗先祯． 益气养心丸治疗病毒性心肌炎 106 例临床观察 ［J］．中国中医基础医学杂志，2010，16(3) :258—259． ［20］ 郑杨． 中医药治疗病毒性心肌炎的思路与方法集萃［J］． Chinese Archives of Traditional Chinese Medicine ，2002，20 (9) :40． ［21］ 沈博生．益气养阴法治疗病毒性心肌炎之我见［J］． 上海中 医药杂志． 2000，34(11) :14． 第 30 卷 第 4 期 2 0 1 2 年 4 月 中 华 中 医 药 学 刊 CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE Vol． 30 No． 4 Apr． 2 0 1 2 中 华 中 医 药 715 学 刊 骨骼肌失神经损伤后肌卫星细胞的研究进展 郭汝宝，沈国权，张喜林，严隽陶 (上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院推拿科 上海市中医药研究院推拿研究所，上海 200437) 摘 要:骨骼肌卫星细胞的增殖分化是决定骨骼肌失神经损伤后修复的重要因素，从肌卫星细胞特性、失神 经后卫星细胞的变化以及细胞因子的变化对卫星细胞影响的不同方面对近年来的研究做一综述。 关键词:卫星细胞;失神经;骨骼肌损伤;综述 中图分类号:R337 文献标识码:A 文章编号:1673 － 7717(2012)04 － 0715 － 03 Research Advance in Satellite Cells in Denervated Skeletal Muscle Injury GUO Ru-bao，SHEN Guo-quan，ZHANG Xi-lin，YAN Jun-tao (Tuina Department，Yueyang Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine，Institute of Tuina， Institute of Shanghai Chinese Medicine，Shanghai 200437，China) Abstract:This paper reviews the advances in muscle satellite cells in denervated skeletal muscle injury． Key words:satellite cells;denervation;skeletal muscle injury;review 骨骼肌损伤是临床常见的一大类疾患，在骨骼肌损伤 中，长期以来未受到重视的是伴随的神经分支受损。骨骼 肌失神经支配损伤的防治一直是周围神经损伤修复研究的 一大难题，尽管神经损伤的修复水平有了较大的提高，但其 临床效果仍难以令人满意。因此，研究骨骼肌失神经中肌 卫星细胞的变化特点，阐释骨骼肌失神经的萎缩过程，为骨 骼肌再神经化争取更大的机会。 1 肌卫星细胞概述 肌卫星细胞(muscle satellite cells)于 1961 年被 Mauro 等首次在蛙骨骼肌中发现。骨骼肌细胞是由胚胎的生肌节 和各处的间充质细胞分化而成，在肌膜和基膜之间有一种 体积较小的扁平或立方形细胞，称为卫星细胞，被认为是保 留在成年骨骼肌内具有增殖分化能力的肌源性干细胞［1］。 既往的研究明，肌卫星细胞在胚胎发育晚期即成为一种 主要的生肌细胞群［2］。 肌卫星细胞是一种潜能细胞，是储备的成肌细胞，是肌 组织的干细胞，能转化为成肌细胞，在骨骼肌细胞的生长和 再生时增生，并提供肌细胞核，同时也在正常肌细胞转化中 发挥重要作用。正常成熟骨骼肌的肌卫星细胞，是处于静 止状态的，即专能干细胞处于未激活的状态［3］。静止期卫 星细胞不表达定向成肌细胞的标志，但在特定的应激条件 下，如负重锻炼、创伤等，可以被激活进入有丝分裂期、增殖 期，并进一步分化融合形成肌管参与骨骼肌的修复［4 － 5］。 2 骨骼肌失神经损伤 2． 1 骨骼肌病理生理 骨骼肌的营养及状态主要由支配 该肌的神经调节，神经一旦损伤，其所支配的肌肉形态必会 出现重量下降，肌纤维变细及胶原纤维增加等组织学变化。 骨骼肌是周围神经系统的靶器官，其发生、结构和功能的维 517 第 30 卷 第 4 期 2 0 1 2 年 4 月 中 华 中 医 药 学 刊 CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE Vol． 30 No． 4 Apr． 2 0 1 2 中 华 中 医 药 716 学 刊 持均由神经支配和调节，一旦失去神经支配，骨骼肌的体积 将很快缩小并失去收缩功能，肌纤维将逐渐萎缩［6］。 在肌肉生长过程中，神经系统调节肌纤维异构体的表 达，对慢纤维的分化和维持尤其重要，失神经后引起胎儿期 慢肌向快肌分化引起卫星细胞活性降低，导致肌肉纤维模 式的重构［7］。而神经再生缓慢，当周围神经经过漫长的时 间长久失神经时，肌肉的萎缩、纤维化、再生能力的下降，神 经再支配的肌纤维数量减少或不能被再支配，造成了肌肉 功能的丧失。研究表明，肌卫星细胞在没有神经支配的状 况下，不能发育为成熟的肌纤维［8］。 2． 2 失神经后卫星细胞变化 骨骼肌急性损伤后，由于治 疗手段应用不当或是治疗不及时彻底，常常导致肌肉萎缩 和再损伤。在肌肉发生损伤后 24h内，可以发现卫星细胞， 并且由于受到损伤刺激的影响，卫星细胞出现了细胞核增 大、DNA合成增加、细胞质含量增多和细胞质密度升高的 现象，这卫星细胞已经被激活，并开始表现出分裂和增 殖［9］。肌卫星细胞是骨骼肌再生的关键因素，当肌细胞受 到损伤刺激时，卫星细胞即被激活并移行到肌纤维附近，形 成大范围的增殖和分化［10］。失神经 3 周肌卫星细胞数量 明显增加，但 2 个月后急剧下降，至 4 个月时含量已极低。 当骨骼肌支配神经切断 2 ～ 3 个月时再神经化，增殖能力活 跃的肌卫星细胞促使此时的萎缩肌功能恢复较好［11］。 骨骼肌损伤和失神经支配后细胞核增多，不是因高度 分化的功能性肌纤维(肌细胞)分裂，而是肌膜与基膜之间 低分化肌卫星细胞增殖所致［12］。由于无神经支配，再生的 肌细胞不能分化发育为成熟的肌纤维，而再发生退变;较长 时间失神经后再生的成肌细胞相互融合呈片状分布，未能 发育为成熟的肌纤维。当肌细胞受到损伤刺激时，卫星细 胞即被激活并移行到肌纤维附近，形成大范围的增殖和分 化［10］。研究表明，激活的肌卫星细胞可跨越基膜形成并行 的肌纤维，参与附近肌细胞增殖，替代损伤和变性的肌纤 维［13 － 14］。反复的损伤会加重肌肉纤维化、增加疤痕形成， 影响骨骼肌功能。 由于组织始终处于失神经状态，增殖分化的肌卫星细 胞不能成熟，逐渐死亡及肌卫星细胞数量有限，导致肌卫星 细胞最终不仅不能阻挡肌细胞进行性萎缩的趋势，并且数 量急剧减少。肌肉失神经支配增加了肌卫星细胞对凋亡的 敏感性，加速了骨骼肌发生萎缩［15］。肌卫星细胞数量减少 甚至完全耗竭造成失神经肌肉不断萎缩［16］。萎缩的肌纤 维和广泛的纤维化可能减少肌肉收缩的能力，引起不可逆 的损伤［17］。长期失神经骨骼肌中肌卫星细胞死亡后无再 生替代［18］。失神经后肌卫星细胞数量随着失神经时间的 延长而迅速下降，但失神经支配早期，肌卫星细胞数量增 加［19］，但不能发育成成熟的肌纤维，结果导致卫星细胞消 耗，难以为萎缩的肌肉纤维补充细胞核［20］。 失神经支配下，肌卫星细胞再生形成类似肌管的结构 属于非神经性，增殖的肌细胞可能在肌膜内融合成为不成 熟的肌细胞，不会发育成为成熟骨骼肌;当失神经时间延长 时，肌膜崩解，新形成的不成熟肌细胞亦发生退变，即没有 神经支配下，新形成的肌细胞反复退变与再生，肌卫星细胞 的数量迅速下降，最终导致其全部丧失［21］。因此失神经早 期，由于退变肌纤维的基膜存在，由肌卫星细胞等成肌潜能 的细胞增殖而来的细胞可能在基膜内融合为不成熟的肌细 胞，而失神经时间较长的肌肉，基膜最终崩解，新形成的不 成熟的肌细胞亦发生退变，即在没有神经支配的状况下，新 形成的成肌细胞反复退变与再生，最终导致肌原性细胞全 部丧失［22］。 3 细胞因子与肌卫星细胞 3． 1 神经营养因子 肌卫星细胞的激活需要多种神经营 养因子的参与，肌卫星细胞的增值和成肌分化受到许多生 长因子的调节。当骨骼肌发生失神经损伤时，可导致多种 营养因子的缺失。其中胰岛素样生长因子 － I(IGF － I)是 肌卫星细胞增值和肌肉干细胞终末分化的重要调节因子， 在体外，IGF － I既促进肌卫星细胞增值也促进增值的肌卫 星细胞成肌分化。研究认为，IGF － 1 通过激活卫星细胞促 进肌肉再生，防止肌肉功能损伤，并对骨骼肌损伤修复起加 速作用［23］。成纤维细胞生长因子 － 6(FGF － 6)也是肌卫 星细胞增值和成肌分化的重要调节因子，促进卫星细胞增 值并可逆转卫星细胞向肌纤维的成肌终末分化。 实验发现，骨骼肌失去神经营养因子(NGF)的营养发生 萎缩，bFGF能促进运动神经纤维的再生，对神经肌肉接头的 形成具有重要作用，能促进神经损伤后肌肉功能的恢复［24］。 bFGF具有促进失神经腓肠肌的肌卫星细胞增殖、延缓肌纤 维萎缩和抑制肌纤维向结缔组织增生的作用［25］。细胞生长 因子 HGF在损伤的初始阶段激活卫星细胞，促进后者分化， 当卫星细胞达到一定数量时再与肌纤维融合［26］。HGF仅在 肌肉损伤早期起到活化作用，增加成肌细胞的数量，在卫星 细胞开始分化、融合时 HGF会对其产生抑制作用，停用 HGF 足够长的时间，这种抑制作用可被逆转归［27］。 此外，TGF － β、IL － 6 等其他许多生长因子在卫星细胞 的增值和成肌分化中叶起着重要的作用。 3． 2 细胞调控因子 静止状态的卫星细胞表达 c － Met和 M － cadherin，但不表达成肌前体细胞或肌肉干细胞的特异 表达标志，如 Mfy5、MyoD 和 Desmin［28］。因此肌卫星细胞 的激活和成肌分化受 MyoD 家族的 bHLH 转录因子调节， 这些成肌调节因子(MRFs)包括 MyoD、Myf5、Myogenin 和 MRF4。其中 MyoD、Myf5 决定着肌卫星细胞是否能激活成 为具有成肌特性的肌肉干细胞，而 Myogenin 和 MRF4 则发 挥着调节肌肉干细胞终末分化为肌管肌纤维的功能［29］。 肌分化因子 MyoD可激活肌细胞生成素、肌酸激酶、肌球蛋 白、结蛋白等基因启动子区，促进它们的转录，使静止期肌 卫星细胞向成肌细胞转化，诱导成肌细胞进一步分化为成 熟的肌纤维［30］。 4 展 望 如何使肌卫星细胞的分化向良好的方向发展，即如何 控制肌卫星细胞的分化是个很大的课题［31］。肌肉失神经 以后通过促进肌卫星细胞增殖分化，改变失神经肌肉的基 因表达模式，一方面促进肌细胞发育成熟，另一方面促进其 具有与神经连接的能力，有可能成为提高肌肉功能恢复的 途径［32］。近年来对失神经骨骼肌萎缩机制及延缓失神经 骨骼肌萎缩的研究很多，结果表明失神经后肌肉萎缩发展 迅速，神经纤维再生缓慢，往往在神经再支配前肌细胞已经 617 第 30 卷 第 4 期 2 0 1 2 年 4 月 中 华 中 医 药 学 刊 CHINESE ARCHIVES OF TRADITIONAL CHINESE MEDICINE Vol． 30 No． 4 Apr． 2 0 1 2 中 华 中 医 药 717 学 刊 丧失细胞再生的物质基础，表现为不可逆性肌萎缩，严重影 响神经修复后肌肉功能的恢复［33 － 34］。 目前，对于骨骼肌失神经损伤还缺乏特效的治疗手段。 未来的研究方向可能在生长因子、成肌细胞、干细胞移植和 中医中药等几个方面，推拿手法的治疗可以延缓骨骼肌的 萎缩，减少疤痕组织的形成，深入研究推拿手法的作用机理 可为骨骼肌失神经损伤的治疗提供一个方向。 参考文献 ［1］ 申传安，柴家科．骨骼肌卫星细胞的生物学特性［J］． 解放军 医学杂志，2002，27(4) :373 － 374． ［2］ Yablonka － Reuveni Z． Microsc Res Tech［J］． 1995，30(5) :366 － 380． ［3］ Bravo R，Fran KR，Blundell PA，et al． Cylin /PCNA is the uxilling protein of DNA polymerase 6［J］． Nature，1987，326:5824． ［4］ Cherge SB，Rudnicki MA，Cellular and molecular regulation of muscle regeneration［J］． Physiol rev，2004，84(1) :209． ［5］ 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