2023年10月19日 國立研究開發(fā)法人國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心( NCNP ) 

  闡明高齡骨骼肌中肌干細胞數(shù)量減少的機制 添加?NAD+激活線粒體功能是預防肌萎縮的關鍵 國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心( NCNP )神經(jīng)研究所基因疾病治療研究部的本橋紀夫室長、峰岸假發(fā)室長、青木吉嗣部長的研究小組，闡明了隨著年齡的增長骨骼肌干細胞數(shù)減少的部分機制。 此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過給予煙酰胺腺嘌呤二核苷酸( NAD+ )前體(注1 )煙酰胺單核苷酸( NMN )，線粒體功能恢復有助于維持肌干細胞數(shù)。 本成果首次展示了預防或治療作為社會問題的肌氨酸的關鍵可能性。 研究成果刊登在學術雜志《Cell Death & Disease》在線版上，時間為2023年10月19日14點30分(日本時間)。 研究背景 作為全身最大的組織的骨骼肌，與日常生活的身體活動有很大的關系，但受到傷害時具有再生、肥大萎縮的能力。 在它的中心作用是存在于骨骼肌中的肌干細胞(注2 )。 當肌肉斷裂時，這個細胞會增殖、分化，形成新的肌肉纖維進行修復，或者在進行肌肉力量訓練時，被肌肉纖維動員起來幫助肌肉肥大。 因此，維持肌肉干細胞的數(shù)量對于維持肌肉再生和肌肉肥大的能力也非常重要。 但是，這種肌干細胞的數(shù)量會隨著年齡的增長而減少。 于是，肌肉萎縮加劇，跌倒等導致受傷的風險上升，再加上受到傷害的肌肉修復延遲，導致患者陷入臥床不起，最終導致肌病惡化。 有趣的是，肌肉干細胞數(shù)的減少不會在全身均勻地發(fā)生，而是存在容易受到年齡增長影響的部位和不容易受到影響的部位。 也就是說，我認為那里隱藏著維持肌干細胞數(shù)量的提示。 因此，本研究旨在通過比較來源于各種肌肉(股四頭肌、脛前肌、比目魚肌、膈肌、外眼肌)的肌干細胞功能特性，明確維持肌干細胞數(shù)量的機制，從而開發(fā)針對肌氨酸的防治療法。 概要 骨骼肌中存在根據(jù)收縮速度的差異分類的兩種肌纖維類型(速肌慢肌) (注3 )。 我們以前曾發(fā)現(xiàn)，各種肌纖維類型中存在的肌干細胞具有不同的功能( Motohashi et al .，Cell Death Differ .，2019 )。 本研究進一步利用從各種骨骼肌中分離培養(yǎng)的肌細胞進行基因表達分析，研究來源的骨骼肌部位與肌干細胞功能的關系(圖1 )。 結果顯示，來源于各種骨骼肌的肌干細胞的基因表達模式各不相同(圖2 )。 特別是比較來源于同一個速肌纖維形成的股四頭肌或脛前肌的肌干細胞的基因表達，發(fā)現(xiàn)其模式有很大不同(圖2 )。 也就是說，肌干細胞的能力不受各肌干細胞存在的肌纖維類型的影響，反而根據(jù)來源的肌組織而不同。

 圖1使用來自各種肌組織的肌細胞的基因表達分析

圖2組織來源不同肌細胞基因表達模式不同

  隨著年齡的增長，肌肉干細胞的數(shù)量在很多骨骼肌中會減少，但其中也存在難以減少的骨骼肌部位。 特別是比目魚肌很難受到年齡增長的影響，與脛前肌相比也明顯維持了肌干細胞的數(shù)量(圖3 )。 因此，我們使用來自比目魚肌和脛前肌的肌干細胞進行了蛋白質組學分析(注4 )。 結果表明，在比目魚肌來源的肌細胞中，形成線粒體復合體的蛋白質ND ufs8( NADH:ubi quinone oxidoreductase core subunit S8 )有較高表達。 并且，Ndufs8基因表達隨著年齡的增長而減少(圖4 )，因此可能與肌氨酸相關。

圖3比目魚肌與脛前肌相比肌干細胞數(shù)量不易減少

圖4 Ndufs8基因表達隨年齡增長而減少

有研究表明，在肌細胞中過度表達Ndufs8基因可能與1 )線粒體形態(tài)改變，2 )抑制肌細胞的細胞死亡，3 )促進肌干細胞的產生(圖5 )。

圖5 Ndufs8基因過度表達可抑制細胞死亡，產生肌干細胞

 另一方面，由于肌細胞內Ndufs8基因表達降低的話，細胞內NAD+ (煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)量減少，被稱為長壽基因的Sirtuin的活性降低，結果發(fā)現(xiàn)p53蛋白活化會誘導細胞死亡 因此，對于Ndufs8表達降低的肌細胞，如果添加NAD+的前體NMN (煙酰胺單核苷酸)，則細胞內NAD+量恢復而使p53蛋白質失活，結果抑制細胞死亡，在培養(yǎng)條件下可以得到更多的 再加入NMN將培養(yǎng)的細胞移植到小鼠骨骼肌中，產生了很多肌干細胞和肌纖維。 也就是說，對年齡增長的肌細胞進行NAD+補充，有可能對維持肌干細胞數(shù)有效(圖6 )。

圖6 NMN激活去乙?；复龠M肌干細胞的產生

今后的展望 我們認為，本研究基于對因年齡增長導致的肌干細胞數(shù)減少的機理的闡明，預計將有助于肌氨酸的新治療方法的開發(fā)，對健康壽命的增進也有很大的貢獻。 近年來，在包括糖尿病在內的各種疾病中，此前也有肌干細胞數(shù)減少以及組織內NAD+量減少的報告，可以預想與此次發(fā)現(xiàn)的機制相同的機制也有關聯(lián)。 因此，本研究取得的成果，不僅是現(xiàn)在成為社會問題的肌氨酸，也有望成為開發(fā)針對生活習慣病等各種疾病的防治療法的重要線索。 另外，骨骼肌量有可能對認知功能產生影響，期待該研究成果能波及到各種神經(jīng)肌肉疾病的防治開發(fā)。 術語說明 (注1 )前驅體 關于某種物質，是指該物質生成前階段的物質。 進入生物體內的NMN會轉化為煙酰胺腺嘌呤二核苷酸( NAD )這種輔酶，幫助能量的產生等。 (注2 )肌干細胞 指存在于骨骼肌中的組織干細胞，也稱為肌衛(wèi)星細胞。 存在于肌肉纖維和基底膜之間，當肌肉感知到刺激時會增殖，移動到需要的地方，幫助肌肉再生和肥大。 (注3 )肌纖維型 骨骼肌有速肌和慢肌兩種。 速肌的收縮力很好，適合爆發(fā)性運動，但具有容易疲勞的性質。 遲肌雖然收縮力慢，但適合持久的運動，具有不易疲勞的性質。 (注4 )蛋白質組學分析 是全面分析細胞和組織中含有的蛋白質的方法。 原著論文信息 論文名稱: inherited myogen IC abilities in muscle precursor cells defined by the mitochondrial complex I-encoding protein 作者: Motohashi N，Minegishi K and Aoki Y 刊登雜志: Cell Death & Disease doi:10.1038/s41419-023-06192-2。 研究經(jīng)費 本研究結果來自日本學術振興會( JSPS )科學研究費基金基礎研究( c )“老年性肌萎縮的機制闡明及防治療法開發(fā)”( 18K11067 )、國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心精神神經(jīng)病研究開發(fā)費2-5、武田科學振興財團、上原紀念生命科學財團、中富健康科學振興財團以及持田紀念醫(yī)學藥學振興財團的支持下進行。 咨詢方式 【研究相關咨詢】 國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心 神經(jīng)研究所基因疾病治療研究部 青木吉嗣 郵編〒187-8502東京都小平市小川東町4-1-1 TEL:042-346-1720 Email:tsugu56(a ) ncnp.go.jp 本橋紀夫 Email:nmotohashi(a ) ncnp.go.jp 【報道相關咨詢】 國立精神神經(jīng)醫(yī)療研究中心 總務科宣傳室宣傳系 郵編〒187-8551東京都小平市小川東町4-1-1 TEL:04-341-2711 (代表)傳真: 042-344-6745 Email:ncnp-kouhou(a ) ncnp.go.jp ※E-mail請將上述地址( a )的部分改為@后使用。