工作性肌肥大的研究

工作性肌肥大的研究 学术交流往薜技术协作信息2olo【36)慧,鑫l05s期 工作性肌肥大的研究 ?李树森 早在18世纪末,Morpurgo等人就已发现肥大肌中纤维径增大,并为以 后电镜和组化的进一步研究所证实.但在肥大肌中是否伴有肌纤维数目的 增多,增多的纤维是否真正是新生纤维,这是长期以来研究人员重点探讨并 有争议的问题.近年,随着免疫细胞化学技术的运用与发展,人们对工作性 肌肥大的特征,机制及其控制因素有了进一步认识. 一 ,工作性肌肥大的特征 1.纤维直径增大,肌原纤维增粗,肌核数目增多. 伴随纤维直径的增大必然有肌核相应的增多才可维持恒定的核浆比. 由于成熟纤维是不可逆的后有丝分裂,因此,来自成熟纤维自身的肌核增多 是不可能的,肥大纤维中增多的肌核必然是外源的.成熟纤维周围具有分裂 活性的卫星细胞是向成熟纤维提供新核的唯一可能来源.在肥大纤维中观 察到具有胚胎肌球蛋白重链表现型的存在进一步说明肥大纤维中具有外源 新生核. 2.肥大肌内纤维数量明显增多. 通过抗MHC亚单位不同异构体的单克隆抗体技术来识别不同生长阶 段纤维的研究已经表明,增多的纤维不是老纤维的分支或劈裂,而是真正的 新生纤维.新生纤维的特征是其胞体较小,具中央核,并有胚胎或新生MHC 表现型存在.MHC是肌收缩蛋白质的一个重要组分,作为多基因编码的异 构族而存在.这些异构体因纤维的生长发育阶段和组织的特异性而有所不 同,随着新生纤维向成熟纤维的发育过程,纤维内将依次表达胚胎,新生和 成熟MHC表现型.因此在成年动物的骨骼肌中出现具有胚胎型MHC表现 型的小纤维是新生纤维形成的标志.Kenndey等人在肥大肌增多的小纤维内 观察到胚胎型的心室MHC表现型的存在.Yanada等人在鼠协同肌切除的肥 大模型上亦观察到许多具中央核并有胚胎MHC表现型存大的新生小纤维. Appell等人体的研究表明,经过6周大强度的踏车运动以后,股外肌的电镜 切片上出现许多具中央核的新生小纤维.新生小纤维可以存在于成熟纤维 周围,但更多见的是存在于肌束间,围绕肌束成网状甚至有些新生小纤维可 以与成熟纤维呈垂直排列.在肥大肌中不仅有纤维直径的增大,也能发生纤 维的数量增加,虽然成熟纤维本身不可能产生新生纤维,但成熟纤维周围具 有分裂活性的卫星细胞的存在为肌肉内发生的数量性增生提供了结构和功 能基础. 二,卫星细胞在肌肥大中的作用 卫星细胞是存在于肌纤维周围,肌质模和基底膜之间的一种可能来自 于肌前体细胞的单核细胞.在成年和幼年不同种的脊动物的骨骼肌中卫星 细胞约占全部有核纤维的2-t0%.卫星细胞的数量与动物的年龄和不同部 位的纤维类型有关:新生动物骨骼肌卫星细胞数量较多,随年龄增加,卫星 细胞数量减少;氧化型纤维较酵解型纤维周围具有更多的卫星细胞分布. Moss等人首先采用胸苷标记的放射自显影技术证明卫星细胞是一种可分裂 细胞,通过卫星细胞的增殖与融合作用而向生长中纤维提供新核和少量胞 浆,从而证明了卫星细胞对肌生长过程中肌核数量的增加起重要作用.随着 纤维的生长成熟,卫星细胞则停止增殖,以休眠状态存在于纤维周围.因此, 在成年动物的骨骼面,卫星细胞通常是作用一种储备的肌干细胞而存在于 纤维周围,一旦肌肉的局部环境受到破坏,如明显损伤,过度牵拉,去神经支 配,剧烈活动等卫星细胞则可以重新活化,增殖,参与肌纤维的修复,再生和 肥大过程. 肌肉的活动状态或负荷水平是引起卫星细胞活化与增殖的重要因素. 对动物和人体的研究表明,剧烈肌肉活动可以引起卫星细胞的活化与增殖. 剧烈踏车运动以后,人股外肌中的卫星细胞表现出明显的活化与增殖反应. 在切除协同肌的鼠肌肥大模型上也可见到明显的卫星细胞活化与增殖的反 应. 过度负荷或剧烈运动所引起的卫星细胞的活化与增殖的根本机制是与 过度负荷运动对肌纤维施加的机械性影响,内环境的变化导致纤维不同程 度的变性和损伤有关.任何类型的过度负荷,尤其是过度牵拉或高心工作常 导致纤维的灶性变性,坏死,这种灶性损伤是引起卫星细胞活化与增殖的根 本因素.过度负荷的刺激使纤维周围的卫星细胞活化,增殖并与邻近成熟纤 维融合,使之肥大,肌核增多.由卫星细胞提供的新核,早期可以控制纤维内 蛋白质的合成过程,使收缩蛋白质增多.如刺激过于剧烈,则卫星细胞的活 化与增殖作用将最终导致新生纤维的形成. 三,生长因子对肌肥大的调节 卫星细胞的增殖与活化对骨骼肌的工作性肥大具有重要作用.在整体 情况下,对卫星细胞活动状态的调节机制是非常复杂的,是一种高度细胞水 平的调控过程.在鼠垂体切除以后仍可发生明显的工作性肥大,说明激素 的作用不十分重要.现有的研究表明,生长因子及有关中介物质对卫星细胞 的活动以及骨骼肌的肥大Lj再生有重要调节作用. 生长因子是体内一大类主要在局部对组织的生长过程发挥调节作用的 肽类化合物.与肌肉的生长,再生和肥大过程有重要关系的生长因子包括纤 维细胞生长因子,胰岛素样生长因子和转化生长因子.目前研究得比较清楚 并已能提纯的是FGF.FGF是一种分子量为16KD的多肽,首先从脑和垂体 组织中分离,现已在多种组织和细胞中发现了FGF.FGF对大部分来 自中胚 层的细胞包括胚胎肌母细胞和卫星细胞具有显着的靶细胞的效应性.体外 研究表明,FGF是唯一确定的可以引起卫星细胞增殖的促生长物质.最近, 通过对FGF具有特异性的多克隆抗体的标记研究表明,在鸡的肌纤维外基 质中存在着大量的FGF,并且肥大肌中FGF明显增多,进一步说明FGF与 整体情况下纤维的生长与肥大有重要关系. 虽然目前还不能由骨骼肌基质中提纯FGF,但由损伤肌或肥大肌提取 的结合有肝素,分子量大于30KD的FGF样促生长物质可以促进培养卫星 细胞的活化,增殖及与邻近纤维的融合过程.这种FGF样促生长特质具有 高度的靶效应的特异性,即仅对卫星细胞有显着的促增殖效应,而对成纤维 细胞没有影响.同样来自于其它组织的损伤性提取物对肌卫星细胞则几乎 没有刺激效应.可见,来自于损伤肌或肥大肌的可溶性促生长物质具有高度 的特异性. 纤维基底膜上的FGF是一种受肝素制约的生长因子.在通常情况下基 底膜上的FGF,肝素与卫星细胞可能处于相互制约的稳定状态,即只要肝素 对FGF的制约作用存在,则FGF不能表现出其对卫星细胞的激活效应.对 培养鸡肌管和成年鼠肌卫星细胞的研究表明,肝素对FGF有明显抑制作用. 各种损伤性刺激和炎症均可导致淋巴细胞对基底膜的侵蚀使之部分分解或 分解,从而破坏卫星细胞,肝素和FGF三者之间的平衡关系,触发FGF对卫 星细胞活化的激动作用.在肌生长,肥大和再生过程中也有其它生长因子参 与调节作用.因此,对卫星细胞的调节过程是有多种生长因子参与,并且在 不同的生长阶段,这种调节作用又是各不相同的. 卫星细胞与纤维膜和基底膜的密切接触关系也是影响卫星细胞活动水 平的重要因素.Bishopp等人通过离心作用将卫星细胞由纤维和基底膜上分 离下来,分离出来的卫星细胞较仍保留在纤维上的卫星细胞对生长因子的 敏感性提高25%.很显然,纤维或基底膜对卫星细胞的活化有一定影响,进 一 步经过麻卡因对肌细胞迅速致溶以后则死纤维上卫星细胞的活化程度高 于活纤维的卫星细胞40%,并且,在低浓度的生长因子作用下,活纤维上卫 星细胞保持静止状态而死纤维上的卫星细胞则活化增殖.可见,卫星细胞的 活化生长除受来自各类生长因子的调节作用外,还受来自成熟纤维的负反 馈调节. 四,结语 对卫星细胞活运动水平的调节是一个非常复杂,高度局部控制的过程, 在不同组织,生长发育的不同阶段以及不同类型的刺激下,这种调节过程可 能都是不同的,其中FGF和由损伤肌中提取的FGF样促生长物质对卫星细 胞的活化与增殖具有重要作用,而在成年动物的骨骼肌,由多种因素 的共同 控制作用使得卫星细胞处于相对静止的非活动水平,与此有关的一个重要 机制是来自于成熟完整纤维与基底膜的抑制效应. (作者单位:内蒙古牙克石市人民医院) ? 130?