骨骼肌再生需要肌肉卫星细胞（MuSCs）与其他细胞成分的高度协同合作。在受伤时，髓样细胞会聚集在伤口处，与MuSC的激活同时发生。然而，MuSC与髓样细胞互动的详细分析受限于缺乏适合的活体成像技术。

2023年10月18日，香港科技大学瞿佳男和邬振国共同通讯在Science Advances在线发表题为“Intravital microscopy of satellite cell dynamics and their interaction with myeloid cells during skeletal muscle regeneration”的研究论文，该研究开发了一个双激光多模非线性光学显微镜平台，用于研究MuSC及其与肌肉再生过程中的非肌肉细胞的相互作用的动态。通过对活体报告小鼠进行三维时间点成像，并利用还原型烟碱胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的自体荧光，

该研究检测了MuSC在激活和增殖期间与非肌肉细胞的时空相互作用。该研究发现它们之间的细胞-细胞接触是短暂的。此外，作者发现MuSC可以在中性粒细胞和巨噬细胞浸润明显减少的情况下激活，而它们的增殖虽然依赖于巨噬细胞，但不需要与巨噬细胞保持持续接触。这些发现为髓样细胞在肌肉再生过程中的作用提供了新的视角。

骨骼肌是一种有条纹的肌肉，附着在骨骼上，负责自愿的身体运动。它们在受伤后具有显著的再生能力。Paired Box 7（Pax7）表达的肌肉干细胞（MuSCs；也称为卫星细胞），静止状态下位于它们宿主肌纤维的肌腱膜和基膜之间，对于肌肉稳态和再生至关重要。在受伤或患病时，卫星细胞会被激活，快速表达肌肉原始细胞分化1（MyoD）蛋白，细胞逐渐增大。大多数激活的MuSCs开始增殖，分化为肌细胞，最终与受伤的纤维融合，或者互相融合形成新的肌肉纤维。虽然已经研究了几个关键的细胞内信号通路对MuSC的休眠退出的调节作用（例如，磷脂酰肌醇3-激酶和Notch），但关于生态位，特别是炎症在MuSC激活中的作用知之甚少。

在肌肉受伤的早期阶段，髓样细胞主导着炎症反应。中性粒细胞是最早在受伤后1到3小时内浸润受损肌肉的免疫应答者，它们通过释放促炎细胞因子吸引其他类型的免疫细胞，从而建立坏死的微环境。一项研究发现，在小鼠注射肌肉毒性物质后，中性粒细胞的去除延迟了肌肉再生。然而，另一项小鼠研究表明，中性粒细胞去除减轻了极度运动后的肌肉损伤。此外，在体外研究中，中性粒细胞介导的因子促进了肌原祖细胞的增殖，但阻碍了其分化，反映了中性粒细胞在调节肌肉发育中的复杂作用。MuSC的激活与中性粒细胞数量达到峰值相一致，这表明中性粒细胞可能参与MuSC的激活。

骨骼肌生成过程中卫星细胞及其与髓样细胞相互作用的动态图形模型（

源自Science Advances ）

紧随中性粒细胞后，巨噬细胞是骨骼肌再生过程中观察到的主要髓样细胞。通过使用CCR2或CCL2缺陷小鼠株破坏CCL2-CCR2轴，显著减少MOs/MΦs的招募并阻碍了肌肉再生。同样，循环单核细胞的部分或完全去除导致了肌肉再生受损，表现为受损肌纤维的横截面积较小，肌内脂肪积聚，纤维化，或者受损部位血管生成延迟。许多研究表明，巨噬细胞或中性粒细胞通过旁分泌因子释放来调节MuSCs的动态。然而，只有很少的研究报告了细胞-细胞接触在调节MuSC命运中发挥重要作用，并且这些关于巨噬细胞或其他髓样细胞在肌肉再生过程中的作用的研究主要基于体外或体外分析，并不涉及MuSC早期激活阶段。

最近，通过使用转基因斑马鱼进行实时成像，系统地捕捉MuSC和先天免疫系统之间的相互作用，取得了一项重要突破。Ratnayake等人报道，在斑马鱼幼鱼受伤部位，所有MuSC必须与特定的驻留巨噬细胞建立持续的直接接触，然后在细胞分裂后接触停止。与之相反，哺乳动物的骨骼肌驻留巨噬细胞（SMRMs）的起源是多样的，极具挑战性的是找到一个可以同时标记所有SMRMs、浸润性巨噬细胞和中性粒细胞的转基因模型。因此，由于技术挑战，哺乳动物中髓样细胞和MuSC的时空相互作用尚未在活体内实时研究，不清楚是否在哺乳动物的肌肉再生中也存在持续的巨噬细胞或其他髓样细胞与MuSC的接触，并且如果存在，是否对MuSC的激活和增殖是必要的。

该研究试图解决哺乳动物肌肉再生中以下未解决的问题：(i) 是否浸润的髓样细胞对MuSC的早期激活是必要的；(ii) 在肌肉再生的增殖阶段，MuSC是否与非肌肉细胞建立了长时间的接触。为了实现这一目标，作者开发了一个多模非线性光学显微镜系统，整合了二次谐波产生（SHG）和双光子激发荧光（TPEF）成像，用于检查卫星细胞、非肌肉细胞及它们在体内肌肉再生过程中的复杂相互作用的动态。原则上，通过结合小鼠模型的荧光蛋白信号和位于线粒体并具有自体荧光的还原型烟碱胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），作者可以追踪所有与MuSC/激活的卫星细胞（ASCs）在受伤部位发生相互作用的细胞类型。因此，作者首先在活体内监测了MuSC的线粒体质量和体积的变化，并发现它们在受伤后同步增加。此外，作者证明CCR2+ 单核细胞/巨噬细胞与MuSC之间的细胞-细胞接触对MuSC的早期激活并非必要。

值得注意的是，作者发现在小鼠中，MuSC的增殖不需要与特定的巨噬细胞或其他非肌肉细胞保持持续接触，就像在斑马鱼中一样。然而，巨噬细胞的去除严重影响了MuSC的增殖和分化，并导致肌肉内纤维化。此外，通过降低CCR2敲除（KO）小鼠中中性粒细胞的浸润，作者证明浸润的中性粒细胞和巨噬细胞对MuSC的初始细胞体积增加没有影响。综上所述，该研究揭示了MuSC与髓样细胞之间的阶段依赖性相互作用，从而为未来关于分子机制的研究提供了可能。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi1891

转自：“iNature”微信公众号

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