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撸铁过猛肌肉酸痛？别担心，Science揭示受损肌肉自我修复的秘密

2021-10-25 生物探索 生物探索

运动肌肉酸痛
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运动所致的局部肌肉损伤会激活一种不依赖于肌肉干细胞的肌纤维自我修复机制。

当我们进行高强度的“撸铁”训练后，往往会出现肌肉酸痛，而休息两天后又变得生龙活虎，这是因为肌肉干细胞可以与受损肌细胞融合或者生产新的肌纤维。近期，来自西班牙庞培法布拉大学的William Roman等人发现了一种肌细胞自我修复的全新机制，它不依靠肌肉干细胞，而是肌纤维通过细胞核的迁移，实现损伤后的再生。相关研究于2021年10月15日发表在Science期刊上，题为“Muscle repair after physiological damage relies on nuclear migrationfor cellular reconstruction”。

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文献DOI:10.1126/science.abe5620
 
与人体内大多数细胞不同的是，肌肉细胞由多个成肌细胞融合而来，因此一个肌细胞拥有多个细胞核。肌肉的过度收缩会造成肌纤维的损伤，但是很快肌纤维可以完成自我修复。为了研究这一过程，研究人员构建了小鼠的运动模型，经过5小时的运动，在小鼠腿部比目鱼肌的受损区域发现了细丝蛋白C(FLNC)和热休克蛋白27（HSP27）的聚集，这有助于受损部位的愈合；而在运动48小时后，这些蛋白的聚集几乎消失，这说明在此之前已经迅速完成了肌肉修复。而且在这个过程中，没有检测到肌肉干细胞的参与。

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图注：肌肉损伤后，HSP27（上）和FLNC（下）在受损区域的聚集情况
此外，在体外培养的肌细胞模型中，研究人员发现，在受损后肌纤维的细胞核陆续向受损区域迁移。5小时内，73%的细胞核都聚集在受损区域附近。这直接导致了mRNA分子的局部递送，这些mRNA在受损区域被翻译形成FLNC、HSP27等，是肌肉修复良好的原材料。同时，研究人员发现了一条与钙离子相关的、负责调控细胞的运动的信号通路：细胞分裂周期蛋白42（CDC42）。当抑制CDC42时，细胞核的迁移随之受到抑制；反之，激活CDC42，未受损肌纤维中的细胞核仍会移动。因此，肌肉细胞的这种自我修复机制是通过CDC42的调控实现的。

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图注：在受损区域，微管网络(绿色)重新排列并吸引肌细胞核

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图注：肌肉修复的过程

总之，研究发现，运动所致的局部肌肉损伤会激活一种不依赖于肌肉干细胞的肌纤维自我修复机制。小鼠的肌肉损伤触发了涉及钙离子、CDC42和磷酸激酶C的信号级联反应，并通过微管和动力蛋白将细胞核吸引到受损部位。细胞核的迁移加速了肌纤维的修复，在局部递送mRNA以进行肌细胞的重建。这种细胞自主的保护机制是我们更全面、更深入地了解生理和疾病中的肌肉修复的一种替代模型。而《科学》杂志同期的一篇展望文章则认为，这个发现还有着更为深远的意义：在这项研究中出现的关键蛋白，例如HSP27、CDC42，有可能成为修复损伤或帮助患者康复的新靶点。

参考资料：

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe5620

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