抗衰老静止干细胞支持肌肉再生

卢森堡大学卢森堡系统生物学中心（LCSB）的计算生物团体研究人员参与了专注于肌肉组织中成人干细胞的国际研究。该合作的结果突出显示两种不同类型的静态干细胞状态，具有不同的性质。由于实现了一种新的计算方法，研究人员能够阐明观察到的茎细胞异质性中涉及的一些分子机制，并在晚年中恢复干细胞再生功能。他们的发现，最近发表在自然细胞生物学的研究显示，干细胞的多样性和再生特性比之前预期的更能抵抗衰老，确保延长存活时间，支持组织再生。

成人干细胞是未分化的细胞在整个身体中发现，具有自我更新的能力，可以区分所有细胞类型，有助于再生受损组织。干细胞衰老是在组织再生中观察到的衰落的原因之一，但潜在机制仍然很大程度上是未知的。“延迟或逆转干细胞功能下降的可能性是再生医学中最令人着迷的挑战之一，”LCSB计算生物学群体负责人Antonio Del Sol教授。

两个干细胞状态不同的角色

成体干细胞在其生命中的大部分时间都处于静止状态:它们长时间处于休眠状态，只有在受伤时才会激活。然后它们繁殖并获得不同的命运，一些形成新的肌肉纤维，而另一些则补充干细胞池。最近的研究表明静止干细胞群是异质性的，但这种异质性在组织修复中的作用以及它在整个生命过程中如何演变仍不清楚。来自LCSB的研究人员和来自西班牙、意大利和美国的同事合作，通过创新的计算方法在小鼠身上研究这些问题，从新生儿早期阶段到老年阶段。

他们在未受干扰的骨骼肌中发现了两种静止干细胞状态，这两种状态是通过一种名为CD34的特定基因的相对表达来区分的。表达高CD34水平的静止干细胞在受伤时被设置为自我更新，保持干细胞的真正特征(真正状态)，而那些表达低水平的干细胞被准备分化为肌肉细胞(准备状态)。

通过旧时代保存干细胞多样性

研究人员进一步表明，真正的干细胞状态在老年时期也得到了保存:在体内肌肉再生过程中，年老的真正的干细胞表现得和年轻的干细胞一样好。尽管如此，在极度衰老时，这些干细胞经历了功能的急剧下降，并获得了启动干细胞的特征。如果这最后的变化可能解释了老年期肌肉再生的急剧恶化，那么这些结果也是意料之外的:干细胞的多样性和再生特性比以前预期的更能抵抗衰老。

理解潜在的分子机制

为了更好地了解干细胞异质性随着时间的推移而发展，研究人员探讨了使用计算和数学建模所涉及的机制。它们鉴定了一种在维持两种静态干细胞状态方面发挥作用的分子途径。首先，需要特异性转录因子的活性，以保持真正的干细胞状态。相反，FOXO失活率恶化了真正的状态，导致干细胞获取孕产状态的性状，如极端老年。它表明，长寿的静态干细胞主要依赖于FOXO信号传导以保持多样性和茎。

由于新的计算方法，探索了信号通路，研究人员发现，两种分子-IGF和AKT - 影响FOXO转录因子和调节干细胞状态。

对抗年龄依赖性肌肉萎缩

该研究强调，随着年龄的增长，长寿命干细胞的异质性丧失是再生失败的驱动因素。了解如何在老年肌肉中保存具有最高再生性能的干细胞部分，对于促进肌肉再生，特别是老年肌肉再生至关重要。

“鉴定IGF-1 / AKT / FOXO信号传导途径和其在维持静态干细胞的异质性方面的作用可以有助于发现激活干细胞以修复的方法肌肉德尔索尔教授强调说。“例如，针对这些分子可以促进干细胞，并构成一个有前途的策略，使老年真正的干细胞恢复活力，对损伤后的再生有有益的影响。”