2022-08-22 10:16
来源:
本地红姐晓天下
肌肉的机械构造常常让研究人员惊诧不已。从一根头发丝到脚趾头，肌肉通过收缩控制着机体的任何活动。我们的肌肉组织一般会随着年龄的增加逐渐退化，但是，一些基因突变会过早地削弱肌纤维的稳定性，损伤肌肉组织。肌肉干细胞会修复这些损伤，然而，肌肉干细胞终有耗尽的一天，那时结缔组织和脂肪细胞会迁移进入肌肉组织，重塑肌肉组织，使其丧失正常的生理功能。基因组上任何细微的变化可能会给机体带来致命的后果，更可怕的是，厄运会在你早已习惯风平浪静的寻常日子里骤然降临。
肌肉营养不良症
对于那些患有肌肉营养不良症的人来说，一般要等到青年时期，才会发觉自己的肌肉组织出现萎缩，慢慢再也无法进行日常的肢体活动，委身轮椅，甚至连呼吸都要借助辅助设备。肌肉营养不良症（Muscular Dystrophies,MDs）几乎总是由于单个基因突变引发的。在已发现的将近50种不同类型的肌肉营养不良中，触发疾病的基因突变位点是不同的，但是这些突变最终造成的症状基本是类似的：肌肉进行性的萎缩和无力。迄今，还没有任何成熟的治愈肌肉营养不良症的方法，但是，经过研究人员六十多年的不懈努力，集合干细胞移植，基因编辑，mRNA技术的细胞与基因治疗方案正在逐渐使得治愈肌肉营养不良症变成现实。
骨骼肌构造
骨骼肌是哺乳动物体内含量最丰富的组织，占到体重的将近40%，由具有收缩功能的骨骼肌细胞（Skeletal Muscle Cells）构成，也称为肌纤维（Muscle Fibers）。骨骼肌细胞属于多核细胞（multinucleated ），细胞质中含有数百到数千个细胞核。肌纤维聚集成肌束，肌束被肌束膜包围，所有的肌束形成一个整块肌肉，再由致密结缔组织构成的筋膜包围。在骨骼肌细胞中，存在由肌球蛋白和肌动蛋白组成的圆柱形结构，称为肌原纤维。骨骼肌细胞收缩时，肌原纤维内的蛋白质沿肌细胞长轴平行排列成且明暗相间的条纹，形成横纹。
骨骼肌的构造肌卫星细胞
20世纪60年代， Alexander Mauro首次在电镜下观察到，在成人骨骼肌纤维外周存在一群单核细胞（mononucleated）。由于这些细胞独特的生理位置：处于基底层（basal lamina）和肌纤维细胞质膜（sarcolemma）之间，表现为楔形，Mauro将其命名为肌卫星细胞（satellite cells）。这些细胞具备卫星细胞所共有的一些特征：核质比大，细胞器少，细胞核小，间期染色质浓缩。由于肌卫星细胞和肌纤维并排在一起，Mauro大胆推断这些肌卫星细胞或许跟骨骼肌的再生有关系。
1961年，Mauro首次发现肌卫星细胞，大胆推测其跟骨骼肌再生有关。
肌卫星细胞数量非常稀少。在出生后的小鼠肌肉中，肌卫星细胞的比例占到所有肌纤维细胞核的30%-50%，然而，在成年鼠的肌肉中，肌卫星细胞的比例降低至2.5-6%。通常，肌卫星细胞处于有丝分裂的静止期。一旦肌肉受到损伤，肌卫星细胞被激活，开始分裂增殖。处于分裂增殖状态的肌卫星细胞，称为成肌祖细胞（myogenic precursor cells）或者成肌细胞（myoblast）。成肌细胞停止增殖后，邻近的成肌细胞彼此或者与已存的肌纤维相互融合，形成肌管（myotube），然后，继续分化成骨骼肌纤维。还有一小部分肌管会进入静止期，重返肌卫星细胞的静止状态，补充更新肌卫星细胞库。具有自我更新，能够维系恒定数量的肌卫星细胞是肌肉组织拥有强大修复能力的源泉。因此，位于肌纤维细胞膜外围的这些卫星细胞也被称为肌肉干细胞（muscular stem cell ,MuSC）。
骨骼肌干细胞或者肌卫星细胞在肌肉再生过程中的激活，增殖，分化。肌肉干细胞移植
1989年， Partridge在Nature发表文章，带来肌肉干细胞移植领域的突破性进展：杜兴氏肌肉营养不良症（ DMD）小鼠模型中的肌纤维天然缺乏抗肌萎缩蛋白，让人感到惊喜的是，注射到小鼠体内的成肌细胞（myoblasts）能够与先前存在的肌纤维融合，重新产生表达抗肌萎缩蛋白（dystrophin）的肌纤维。
1989年，Partridge在Nature发表文章，通过注射成肌细胞在DMD小鼠肌纤维细胞中表达出抗肌萎缩蛋白。
Partridge取得的重大进展瞬间点燃人们用肌肉干细胞移植来治愈肌肉营养不良症的希望，接下来，一些研究组开始展开一系列临床试验，将分离到的成肌细胞移植到DMD患者体内。让人大失所望，与小鼠模型中完全不同，成肌细胞移植在人体内无法重建功能正常的肌纤维。
1995年，在人体移植成肌细胞无法实现修复再生肌肉组织。
尽管在人体临床试验失败的结果让人们对通过肌肉干细胞移植治愈肌肉萎缩症的信心遭受重创，但是，人们依然没有放弃尝试。人体肌卫星细胞数量非常稀少，分布的位置特殊，具有强大的自我更新和肌肉再生潜能，但是体外扩增肌卫星细胞长时间没有取得进展。 于是，人们开始尝试使用其他含量丰富的，更加容易获得的，具有成肌潜能（ myogenic potential） 的细胞类型来替代肌卫星细胞，例如CD133细胞，外被细胞（ pericytes），可诱导干细胞，中成血管细胞（Mesoangioblast）或者PW1阳性细胞。 然而，这些企图使用其他类型的细胞替代肌卫星细胞的尝试，均未获得成功。
具有成肌潜能的其他细胞类型。
尽管一些具有再生能力的非肌卫星细胞被报道在肌肉受损后，有助于形成肌纤维，然而这些细胞的再生潜能依赖于肌卫星细胞的存在。一直到2011年，人们才搞清楚：没有肌卫星细胞，骨骼肌细胞无法再生，肌卫星细胞的修复和再生潜能具有至关重要和无可替代的作用。
2011年，3篇文章发现没有肌卫星细胞，骨骼肌无法实现修复再生。体外分离培养肌干细胞
2014年， Simone Spuler对肌肉干细胞体外培养方法进行优化。他们没有使用酶法消化，而是手动切割来自人体活体组织的肌纤维片段，通过PAX7（ 处于静止期肌卫星细胞的标记物）和NCAM（膜蛋白）共免疫染色发现在新鲜分离到的肌纤维片段中发现存在肌卫星细胞。
那么，这些存在于肌纤维片段里的肌卫星细胞是否可以在体外存活和培养呢？
他们发现体外培养肌纤维片段时，位于其中的细胞维持有丝分裂会持续将近10天。培养初期，激活的肌卫星细胞依旧和残存的肌纤维紧密连接在一起，直到5-10天以后，肌卫星细胞开始从肌纤维中迁移出来，在培养皿中形成初次细胞克隆。当PAX7阳性的肌卫星细胞与培养的肌纤维连接在一起的时期（5-10天），肌卫星细胞数量与初始新鲜分离时相比，骤增20-50倍。当体外培养到第3周的时候，肌纤维片段里的PAX7阳性的细胞数量开始下降，这表明成肌细胞开始分化。对那些不再与肌纤维连接，在培养皿中形成克隆的细胞进行分析，发现克隆含有的细胞数量非常高，大概在1000-2000个；克隆群体的细胞是异质性的，有一些已经融合形成肌管，PAX7阳性的细胞数量大概在10%-50%。
非常重要的是，他们还发现对体外培养肌纤维片段的低温处理后，细胞更加容易存活，而且会延迟克隆形成的时间，可富集PAX7阳性细胞，提升移植效率。将体外培养的人肌纤维片段（培养5-7天，人肌卫星细胞还未离开肌纤维）移植到放射后的免疫缺陷小鼠体体内会导致强烈的人肌肉纤维再生，产生的人卫星细胞可以正确归巢到卫星细胞所处的空间位置。
体外培养机械分离的肌纤维片段，肌卫星细胞激活，扩增，分化。等培养到一定的阶段，还会在培养皿中形成脱离肌纤维的异质性细胞克隆群体。基因编辑器矫正突变肌肉干细胞
肢带型肌营养不良（limb-girdle muscular dystrophies，LGMD）是由30种不同的基因突变引起的肌肉营养不良症，其中最严重和最普遍的LGMD类型之一就是SGCA突变造成的α-肌聚糖缺陷（Sarcoglycan）。α-肌聚糖是一种跨膜蛋白，属于肌聚糖复合物和抗肌萎缩蛋白复合物的一部分，可以保护骨骼肌细胞免受机械压力。α-肌聚糖一旦丧失功能，会造成各种形式的肌肉营养不良症。
2020年， Simone Spuler从两个病人体内分离得到 SGCAc.157G>A发生突变的人肌肉干细胞，采用基于质粒系统的腺嘌呤碱基编辑器在体外矫突变位点。在体外培养时，经过矫正的肌肉干细胞正常翻译表达出α-肌聚糖，具有正常的增殖和肌源潜能。将矫正后的人原代肌肉干细胞回输小鼠体内，可再生人源的肌纤维和人源卫星细胞。这是首次采用自体移植经过基因编辑技术修复的肌肉干细胞来治愈肌肉营养不良症的相关研究。
在人肌肉干细胞中利用基于质粒系统的碱基编辑器矫正SGCAc.157G>A突变。
通过质粒系统向肌肉干细胞递送腺嘌呤碱基编辑器存在整合到基因组上的风险，碱基编辑酶长时间在细胞内的存在，还可能增加脱靶的风险。由于mRNA技术在新冠疫苗的研发中取得的巨大成功，在2022年， Simone Spuler开始探索利用mRNA技术来向人肌肉干细胞中递送腺嘌呤碱基编辑器，矫正突变基因。在体外培养的人肌肉干细胞中， Spuler成功利用 基于mRNA技术的腺嘌呤碱基编辑器高效矫正SGCAc.157G>A突变，再一次将细胞和基因疗法治愈肌肉营养不良症的研究往前推动一大步。
在人肌肉干细胞中利用基于mRNA技术的碱基编辑器矫正SGCAc.157G>A突变。总结
从Mauro首次发现卫星细胞，到 Spuler首次探索基于mRNA技术的基因编辑矫正突变肌肉干细胞，研究人员在治愈肌肉营养不良症方面做出的探索已经将近六十多年。肌肉干细胞移植，基因编辑技术，mRNA技术，新型的技术手段不断被用来推动肌肉组织修复再生的愿景，路线越来越清晰，希望逐渐变成现实。但是，未来还需要解决更多的难题，比如进一步探索肌肉干细胞的体内编辑，如何实现占据体重40%的肌肉组织的靶向性LNP递送，如何提升碱基编辑器蛋白的细胞内稳定性和精确性，基因碱基矫正的人干细胞回输患者体内后的存活情况，是否具有强劲的肌肉再生能力...此前诸多努力铺出的道路才刚刚延展开来，未来真正治愈那些不幸的肌肉萎缩症患者还需要研究人员前赴后继的努力。
采用基因编辑技术矫正人原代肌肉干细胞治愈肌肉营养不良症的治疗流程。
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杜兴氏肌肉营养不良是种什么病？杜兴氏肌肉营养不良是进行性肌营养不良常见的一种疾病，有很多病人还会出现肌力逐渐减退，骨骼进行性萎缩或者完全丧失运动能力等等，多数以儿童最容易患病，年龄大多数在５岁左右之间。导致此病出现的原因很可能与基因遗传或者遗传因素等有一定的关系，以下就是专家详细的介绍。进杜兴氏肌肉营养不良的病因是基因异常，带有此基因的母亲，生下的男孩有50%患此病的可能，而生下的女孩只有50%携带此基因的可能。1、走路比较晚(有时在18个月以后，或更晚一些)，或是走路摇摆。2、上楼梯困难。3、容易摔倒，后转为俯卧位，爬行或“手扶腿走路”，攀爬或是用手代替脚走路。4、腓肠肌肥大。5、下部脊椎向内弯曲。杜兴氏肌肉营养不良是种什么病，以上就是详细的介绍，倘若孩子们出现杜兴氏肌肉营养不良，应该及时到正规医院进行根治此病，最好是在医生的建议之下采取最有效的疗法，有病切不可乱投医，以免加重病情的恶化。}