调节骨骼肌再生过程的分泌因子

　　作者：赵清石 江新梅 鞠浩 作者单位：吉林大学第一医院神经内科，吉林 长春 130021

　　【关键词】 骨骼肌再生;分泌因子;卫星细胞

　　1 肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)

　　HGF是一种成熟肝细胞的分裂素，具有促进有丝分裂的特性,与组织再生有关。在新生肌管和肌卫星细胞中发现HGF转录子，表明HGF由旁分泌/自分泌机制产生〔3〕。HGF也可能通过损伤的基底膜，由肌细胞外基质释放出来。体外和活体内试验数据显示，在成肌纤维牵张或损伤过程中，产生氮氧化合物，氮氧化合物合酶从基底膜释放出来，此过程可能会促进HGF的释放〔4〕。可见，静止卫星细胞中HGF激活可能是内分泌和旁分泌/自分泌调节机制作用下的结果。

　　HGF在肌肉再生过程中调节肌卫星细胞的活性，在肌肉损伤及损伤后再生早期阶段HGF转录子及蛋白水平增加，与肌肉损伤水平呈正相关〔5〕。此外，从受损肌肉的提取物中分离出来的HGF能够使静止的肌卫星细胞活化。在体外，HGF能刺激静止的肌卫星细胞进入细胞周期，促进生肌前体细胞(myogenic precursor cells，MPC)增殖，抑制其分化〔6〕。HGF及其受体cmet在静止和活化的卫星细胞上都有表达，表明HGF直接作用于肌卫星细胞〔7〕。

　　将HGF蛋白注入受损肌肉中，早期MPC数量会增加大约3倍，提示HGF对活体卫星细胞的有丝分裂起作用〔8〕。HGF主要在肌肉再生过程的早期发挥作用，能激活和有选择性地促进卫星细胞的增殖，是潜在的趋化因子、卫星细胞的激活子、成纤维母细胞分化抑制子。HGF通过有丝分裂和趋化性作用增加MPC总数，使达到最理想的成肌细胞浓度，之后融合开始，形成新的再生肌纤维。

　　2 成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)

　　FGFs具有9种不同的亚型(FGF1～9)。卫星细胞培养过程中发现，FGF1、FGF2、FGF4、FGF6和FGF9可刺激细胞增殖，而FGF5、FGF7和FGF8无促进分裂增殖的能力;HGF与FGF2、FGF4、FGF6或FGF9能协同提高卫星细胞增殖。除促进增殖以外，FGF家族还有减弱卫星细胞分化为肌纤维的能力。FGF1并非肌肉特有，在纤维母细胞中也有表达，主要在活化早期的卫星细胞中表达。FGF6是肌肉特有的〔9〕，实验表明〔10〕FGF6缺陷型大鼠(敲除FGF6基因)的卫星细胞增殖有缺陷，MyoD 和肌细胞生成素(myogenin)数量的减少，引起肌肉损伤后再生的缺陷，提示FGF6缺乏鼠的肌肉损伤后再生能力减弱。最近研究表明〔11〕：FGF6在肌肉再生中有双重作用，利用剂量依赖性方法，证明FGF6既可以刺激成肌细胞增殖、迁移，又可以促进肌肉分化、肥大。FGF还具有4个受体(FGFR1～4)，每一个受体对于单一的FGF都具有不同的亲和性。FGFR1和FGFR4是卫星细胞中最突出的转录子。这些受体的作用是促进成肌细胞增殖并抑制其分化。因此，肌肉和其他细胞释放的FGFs可以直接激活卫星细胞增殖，抑制其分化。

　　3 胰岛素样生长因子(insulinlike growth factor，IGF)

　　IGFs属胰岛素多肽家族,主要包括IGFⅠ和IGFⅡ两种。很多年前，人们已经认识到IGFⅠ和IGFⅡ对多种不同组织的增长和发育起重要作用。IGFⅠ和IGFⅡ在发育骨骼肌中表达水平较高,但在成熟骨骼肌表达水平很低。

　　3.1   IGFⅠ

　　IGFⅠ能促进肌卫星细胞增殖和肌纤维数目增加。肌肉损伤15 h后，再生骨骼肌细胞和肌卫星细胞表达IGFⅠ;肌肉缺血性损伤可引起IGFⅠmRNA表达水平增加，均提示IGFⅠ在骨骼肌再生中发挥重要作用。IGFⅠ通过促分裂蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇激酶3激酶(PI3K)等信号途径,对肌卫星细胞池进行调节。目前已接受的观点是:成肌细胞增生过程中，IGFⅠ表达一直升高,直至复制高峰达到最高水平,而后下降。尽管IGFⅠ在分化的成肌细胞中轻微升高,但其主要作用仍在于诱导成肌细胞增生而不是分化〔12〕。

　　3.2   IGFⅡ

　　IGFⅡ在骨骼肌再生的整个增殖过程中表达水平一直很低,但是在分化阶段升至高峰。IGFⅡ的过度表达加速成肌细胞的分化，IGFⅡ也是分化的成肌细胞的自分泌因子〔13〕。IGFⅡ水平也与分化的成肌细胞中的生肌基因水平直接相关。最近研究表明〔14：IGFⅡ通过IGFⅠ受体活化PI3K/AKT途径，并促进鼠肌肉早期分化。

　　IGFs对肌肉的营养作用是多方面的,在骨骼肌生长和分化中,它首先促进肌卫星细胞增殖,这种作用主要由IGFⅠ受体介导,而IGFⅡ则可以诱导肌卫星细胞分化。

　　4 白细胞介素6家族(IL6 family)

　　白血病抑制因子(leukaemia inhibitory factor，LIF)和IL6是细胞因子IL6家族中的成员，由肌纤维母细胞，吞噬细胞和许多不同的细胞分泌产生。

　　41 LIF

　　LIF在体外直接通过受体介导机制刺激成肌细胞生长，不影响成肌细胞分化和融合〔15〕。在活体内，LIF作用于肌肉损伤处，导致肌肉再生速率加快，特征是：成肌纤维增殖速度快、再生的成肌纤维数量和大小增加〔16〕。在肌肉损伤3 h后，在人类和鼠的模型中LIF表达均增加，提示受损肌肉在免疫细胞浸润之前分泌LIF。在LIF突变体大鼠中，其损伤后的骨骼肌再生减弱，而外源性LIF的加入，能加快骨骼肌再生的进程并使肌细胞增大,LIF的作用可能只与肌肉结构相关，对无肌肉结构的细胞没有影响。

　　42 IL6

　　IL6是在肌肉受损12～24 h后产生的，提示IL6是由再生肌肉中浸润的免疫细胞分泌的。IL6与LIF具有同源性、肌肉损伤后IL6与LIF具有相似表达形式、在体外对成肌细胞的影响也相似，但是，与LIF不同的是：在损伤肌肉中，IL6的表达不促进卫星细胞的增殖。在活体内，IL6对于肌肉修复的影响尚不明确。

　　5 血小板源性生长因子(plateletderived growth factor，PDGF )

　　PDGFs来源于血小板，是碱性糖蛋白，由两条相似的多肽链(A、B链)组成，有PDGFAA、PDGFAB和PDGFBB三种存在形式〔17〕。PDGFs存在于肌肉组织的微循环系统，能刺激许多中胚层细胞的增殖，尤其是平滑肌细胞和成纤维细胞。也是胚胎成肌细胞的化学诱导剂。单纯PDGFs不能促进培养的单束肌纤维上的静止卫星细胞增殖，对鼠肌卫星细胞生长的促进作用也不大。PDGFs以特定形式调节哺乳动物骨骼肌成肌细胞的增殖，其中PDGFAB和PDGFBB能通过PDGFB受体促进C2C12细胞增殖，PDGFBB作用最强，而PDGFAA几乎无此作用。总的来说，PDGFs对骨骼肌再生起促进作用。

　　6 生肌因子(Mitogen)

　　Mitogen蛋白分子量约为30 kD。能增强成肌细胞的分化,促进培养的肌卫星细胞进行有丝分裂，且只作用于细胞分裂的G0期到S期。在最适浓度时，Mitogen有刺激培养卫星细胞增殖的作用〔18〕。

　　虽然已经认识到Mitogen对卫星细胞的增殖具有显著促进作用,但目前对于Mitogen的认识还不全面，其分泌机制、作用机制、信号系统、受体系统、氨基酸组成等问题尚有待于深入研究。Mitogen具有广阔的应用前景，可为骨骼肌理化、遗传等原因造成的损伤病变提供新的治疗思路。

　　7转化生长因子β家族(transforming growth factorβ family，TGFβ)

　　TGFβ是调节细胞生长的重要细胞因子。TGFβ家族成员能抑制肌肉的增殖和分化〔8〕。TGFβ抑制分化作用和FGF作用相似，在非肌肉结构的细胞中也发挥作用。TGFβ能对IGFⅠ或FGF介导的卫星细胞的增殖产生影响。

　　生长分化因子8(growth differentiation factor8,GDF8)是新发现的TGFβ家族成员，具有TGFβ家族的典型结构特征，是一种细胞外的糖蛋白。对骨骼肌生长发育的负调节作用更为突出，又称为生长抑制素(myostatin，Mstn)。GDF8是骨骼肌特异性生长发育抑制因子，该基因的缺陷使肌肉的发育失去控制而显著增殖〔19〕。GDF8作为骨骼肌生长发育的负调节因子，已经引起生物界和医学界科学家们的广泛关注。研究GDF8基因结构和功能对于阐明骨骼肌生长发育和再生的调控机制，对于肌肉疾病的诊断、治疗和预后具有重要的临床意义。

　　8 肌细胞膜抑制因子

　　Bischoff〔20〕指出，还存在另外一种负性调节生长因子。实验发现，当通过离心或杀死肌纤维使得卫星细胞从肌纤维的质膜上脱离下来只与基膜相接触时，卫星细胞对生肌因子的反应增强30%～40%。此结果提示，抑制是由于与质膜接触引起的。实验还发现，可用河豚毒素阻塞Na+通道来消除肌细胞膜的抑制作用，这表明，质膜的电活性可能调节卫星细胞对生长因子的敏感性。

　　9 其他生长因子

　　巨噬细胞集落刺激因子(MCSF) 能刺激生肌细胞增殖。胶质生长因子2 (GCF2) 具有很强的促生肌作用。肿瘤坏死因子，神经黏附分子，肿瘤坏死因子α，神经生长因子，氮氧化合物和腺苷三磷酸(ATP)，在卫星细胞生长和分化过程中对恢复正常肌肉结构保持平衡起重要作用〔21〕。

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