朱強(qiáng)，黃慧，張家紅，劉琴琴，牛衍龍，王茂源

1贛南醫(yī)學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院，江西贛州 341000；2贛南醫(yī)學(xué)院康復(fù)學(xué)院；3贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科；4贛州市康復(fù)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

Niche這一概念起自對(duì)造血干細(xì)胞的研究，由解剖學(xué)和功能學(xué)定義，是一種局部組織微環(huán)境，能維持和調(diào)節(jié)一種特定類型的干細(xì)胞或祖細(xì)胞的生理狀態(tài)［1］。骨骼肌具有再生能力，其干細(xì)胞稱之為衛(wèi)星細(xì)胞，是位于肌纖維膜和基膜之間的具有增殖分化潛力的肌源性干細(xì)胞，因其位置與排列類似于肌纖維的衛(wèi)星而命名［2］。衛(wèi)星細(xì)胞處于高度特定的Niche中，而衛(wèi)星細(xì)胞Niche是由特殊的微環(huán)境組成的特定區(qū)域。衛(wèi)星細(xì)胞Niche包括直接Niche和間接Niche，直接Niche由調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞的信號(hào)通路、肌纖維Niche和細(xì)胞外基質(zhì)組成，間接Niche是間質(zhì)細(xì)胞、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、微血管系統(tǒng)組成的局部微環(huán)境和系統(tǒng)微環(huán)境。此外，衛(wèi)星細(xì)胞本身也是衛(wèi)星細(xì)胞Niche的一部分，其通過細(xì)胞間的相互作用及自分泌、旁分泌信號(hào)發(fā)揮作用［3］。衛(wèi)星細(xì)胞Niche對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞正常生理功能具有重要的調(diào)節(jié)作用，其組分微小變化對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞生理活動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。研究表明，在肌肉衰老和骨骼肌慢性退行性病變中，肌衛(wèi)星細(xì)胞Niche組分發(fā)生改變對(duì)肌肉干細(xì)胞的再生潛力產(chǎn)生重要影響［4］。因此，研究衛(wèi)星細(xì)胞與其Niche相互作用機(jī)制是調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞生理活動(dòng)的關(guān)鍵，這對(duì)臨床上骨骼肌疾病的新療法研究提供新的思路，如Niche分子的靶向治療。但由于衛(wèi)星細(xì)胞Niche的組成成分及各成分之間的交互作用的復(fù)雜性和科研技術(shù)的局限性，對(duì)其了解甚少。因此，本文對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞Niche的生物學(xué)功能研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 衛(wèi)星細(xì)胞直接Niche

衛(wèi)星細(xì)胞直接Niche是由調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞的信號(hào)通路、肌纖維Niche和細(xì)胞外基質(zhì)組成。

1.1 信號(hào)通路 衛(wèi)星細(xì)胞的增殖、分化以及自我更新是一個(gè)精細(xì)且復(fù)雜的調(diào)控過程，這些生理過程由多個(gè)信號(hào)通路相互作用，目前研究較多的主要是Wnt信號(hào)通路和Notch信號(hào)通路［5］。

1.1.1 Wnt信號(hào)通路 Wnt蛋白是一個(gè)分泌型糖蛋白大家族，它由19個(gè)成員組成。其命名與最早發(fā)現(xiàn)的果蠅的Wingless基因有關(guān)。Wnt家族成員具有相似的氨基酸序列，但它們的信號(hào)特性完全不同［6］。所有Wnt蛋白的共同特征是具有分泌信號(hào)序列、22個(gè)半胱氨酸殘基和幾個(gè)糖基化位點(diǎn)［7］。根據(jù)Wnt配體下游是否與β連環(huán)蛋白（β-catenin）相關(guān)分為經(jīng)典Wnt通路和非經(jīng)典Wnt通路。其中經(jīng)典Wnt信號(hào)通路與β-catenin有關(guān)，即Wnt/β-catenin信號(hào)通路；非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路包括Wnt/PCP、Wnt/mTOR和Wnt/CaN/NFAT信號(hào)通路［6］。越來越多的研究表明，Wnt/β-catenin信號(hào)參與了衛(wèi)星細(xì)胞在肌肉的再生過程。通過小鼠體外實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，外源加入分泌型卷曲相關(guān)蛋白3和Wnt3a改變衛(wèi)星細(xì)胞Niche的成分，兩者分別作為Wnt信號(hào)的抑制劑和激動(dòng)劑，發(fā)現(xiàn)加入激動(dòng)劑的衛(wèi)星細(xì)胞通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路增加了Desmin的表達(dá)和新生肌纖維的大小，而抑制Wnt信號(hào)則產(chǎn)生相反的作用［8］。

在衛(wèi)星細(xì)胞增殖分化過程中，成肌調(diào)節(jié)因子（MRF）是最主要的調(diào)控因子。MRF主要包括四個(gè)成員，MyoD、Myf5、MRF4及Myogenin，這些因子在成肌細(xì)胞定向分化中是必需的。其中MyoD和Myf5主要調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞的早期分化，而MRF4和Myogenin主要在衛(wèi)星細(xì)胞的終末分化期起作用［9］。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，β-catenin直接與MyoD相互作用，增強(qiáng)MyoD與E-box元件的結(jié)合，從而啟動(dòng)成肌程序［10］。但體內(nèi)研究還需進(jìn)一步證實(shí)和闡明β-catenin與MyoD相互作用的機(jī)制。所以，MyoD使衛(wèi)星細(xì)胞退出細(xì)胞周期，并誘導(dǎo)衛(wèi)星細(xì)胞進(jìn)行成肌分化，是否可通過控制MyoD的表達(dá)或外源地增加MyoD影響肌衛(wèi)星細(xì)胞的成肌分化，從而為治療肌肉疾病提供新的思路。此外，MyoD在衛(wèi)星細(xì)胞增殖期也有一定作用，對(duì)于其促進(jìn)增殖、成肌分化的具體量化指標(biāo)有待進(jìn)一步研究。

1.1.2 Notch信號(hào)通路 肌衛(wèi)星細(xì)胞Niche中的Notch信號(hào)調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞的增殖、分化和自我更新［11］。Notch信號(hào)通路的激活是由Delta型、Jagged型配體家族與Notch跨膜受體結(jié)合啟動(dòng)的，其結(jié)果是誘導(dǎo)Notch受體的酶促裂解，釋放一種活性截短形式的Notch，稱為Notch胞內(nèi)域（NICD）。在特定酶作用下，NICD從胞質(zhì)移位到細(xì)胞核，激活轉(zhuǎn)錄因子CSL，進(jìn)而引起靶基因表達(dá)［3］。骨骼肌損傷后，Notch配體Delta在激活的衛(wèi)星細(xì)胞和肌纖維中迅速表達(dá)上調(diào)［12］。衛(wèi)星細(xì)胞Niche中上調(diào)Delta表達(dá)，緊接著NICD的表達(dá)增加，表明Notch信號(hào)被激活，激活Notch信號(hào)刺激衛(wèi)星細(xì)胞的活化和增殖；相反地，抑制Notch信號(hào)會(huì)抑制衛(wèi)星細(xì)胞的激活，從而使肌肉再生能力減弱。在衰老的肌肉中，肌纖維中Notch的配體Delta表達(dá)量減少，使Notch信號(hào)通路激活減弱，這會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞增殖減少和肌肉再生能力下降，衛(wèi)星細(xì)胞對(duì)肌肉損傷反應(yīng)變?nèi)?。然而，適當(dāng)上調(diào)Notch信號(hào)能顯著改善衰老肌肉的再生［13］。因此，隨著年齡的增加，肌衛(wèi)星細(xì)胞Niche中的Notch信號(hào)通路表達(dá)減弱是肌肉再生能力下降的關(guān)鍵影響因素。肌衛(wèi)星細(xì)胞的一個(gè)關(guān)鍵特征是錨定在一個(gè)特定的Niche中，并在受傷時(shí)被激活，Notch信號(hào)通過抑制分化和誘導(dǎo)細(xì)胞外成分的表達(dá)來維持骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的靜止?fàn)顟B(tài)［14］。然而，Notch信號(hào)保持衛(wèi)星細(xì)胞靜止的具體機(jī)制還未闡明。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在衛(wèi)星細(xì)胞中進(jìn)行了Notch小RNA測(cè)序和染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)測(cè)序，它在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)高表達(dá)Notch誘導(dǎo)的miRNA708，而在激活的衛(wèi)星細(xì)胞中表達(dá)急劇下調(diào)［15］。在體內(nèi)和體外的功能研究中，證實(shí)了miRNA708通過靶向黏著斑相關(guān)蛋白3（Tensin3）的轉(zhuǎn)錄來抑制細(xì)胞遷移，以此調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞靜止和自我更新。因此，該研究確定了一個(gè)Notch-miRNA708-Tensin3信號(hào)軸，Notch信號(hào)可能通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)遷移機(jī)制來維持衛(wèi)星細(xì)胞的靜止?fàn)顟B(tài)［16］。但是，目前尚不清楚體內(nèi)信號(hào)分子是如何調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞進(jìn)入和脫離靜止?fàn)顟B(tài)，如何穩(wěn)定靜止?fàn)顟B(tài)以及長(zhǎng)期維持干細(xì)胞庫衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量的穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，肌肉損傷部位的巨噬細(xì)胞通過誘導(dǎo)含凝血酶敏感素基序的去整合素金屬蛋白酶1（ADAMTS1）的表達(dá)激活衛(wèi)星細(xì)胞，證實(shí)ADAMTS1是一種強(qiáng)有力的衛(wèi)星細(xì)胞激活的細(xì)胞外調(diào)節(jié)因子，對(duì)理解肌肉損傷后衛(wèi)星細(xì)胞激活和再生的調(diào)控具有重要意義［17］。

此外，衛(wèi)星細(xì)胞自分泌的Ⅴ型膠原（ColⅤ）是靜止衛(wèi)星細(xì)胞Niche的關(guān)鍵成分，ColⅤ通過Notch/ColⅤ/CalcR信號(hào)軸維持衛(wèi)星細(xì)胞的靜止?fàn)顟B(tài)，選擇性敲除Col5a1會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期異常和干細(xì)胞庫衛(wèi)星細(xì)胞的數(shù)量逐漸減少［18］。衛(wèi)星細(xì)胞在組織動(dòng)態(tài)平衡過程中處于休眠狀態(tài)，維持衛(wèi)星細(xì)胞靜止的信號(hào)分子和細(xì)胞尚不清楚，但Notch信號(hào)通路和衛(wèi)星細(xì)胞自分泌因子對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)的維持至關(guān)重要，盡管Notch信號(hào)和其他信號(hào)通路被很多研究報(bào)道能調(diào)節(jié)靜止，但衛(wèi)星細(xì)胞Niche中分子的組成和來源在很大程度上仍不清楚。

1.2 肌纖維Niche 肌纖維與衛(wèi)星細(xì)胞直接接觸，是衛(wèi)星細(xì)胞Niche主要組成部分。靜止衛(wèi)星細(xì)胞通過表達(dá)M-cadherin與肌纖維CD34相互作用［19］。通過用馬卡因選擇性地滅活肌纖維和衛(wèi)星細(xì)胞培養(yǎng)與存活的肌纖維和衛(wèi)星細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)照，結(jié)果是與滅活肌纖維一起培養(yǎng)的衛(wèi)星細(xì)胞增殖的數(shù)量更多［20］。這表明衛(wèi)星細(xì)胞與成熟的肌纖維表面接觸會(huì)抑制肌源性細(xì)胞的增殖，肌纖維對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞的增殖進(jìn)程有重要影響。近年來的研究揭示了多種存在于肌纖維上和由肌纖維分泌的衛(wèi)星細(xì)胞調(diào)節(jié)因子。肌纖維分泌的基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1（SDF1）作為衛(wèi)星細(xì)胞表面受體CXCR4的配體。SDF1/CXCR4信號(hào)軸已被證明能促進(jìn)衛(wèi)星細(xì)胞遷移［21］。

研究發(fā)現(xiàn)，由肌纖維產(chǎn)生的Wnt4激活靜止衛(wèi)星細(xì)胞中的Rho，維持衛(wèi)星細(xì)胞的機(jī)械張力，并限制衛(wèi)星細(xì)胞在其Niche中運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星細(xì)胞通過Wnt4-Rho信號(hào)軸維持衛(wèi)星細(xì)胞的靜止?fàn)顟B(tài)，損傷后所致的Wnt4的減少加速衛(wèi)星細(xì)胞的激活和肌肉修復(fù)；相反，Wnt4的過表達(dá)使衛(wèi)星細(xì)胞進(jìn)入更深的靜止?fàn)顟B(tài)，并延遲了肌肉修復(fù)［22］。衛(wèi)星細(xì)胞從靜止到激活的轉(zhuǎn)變中，肌纖維產(chǎn)生的Wnt4發(fā)生了從量變到質(zhì)變的過程，從而對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞激活起到重要作用，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)再生醫(yī)學(xué)有重要意義，是否能通過精確調(diào)控Wnt4的表達(dá)量來促進(jìn)衛(wèi)星細(xì)胞的激活，進(jìn)而加快損傷肌肉和肌肉相關(guān)疾病的修復(fù)。

1.3 細(xì)胞外基質(zhì) 骨骼肌纖維被一層稱之為基膜的結(jié)構(gòu)覆蓋，基膜直接接觸衛(wèi)星細(xì)胞，并將其與肌纖維間質(zhì)分開?；び散粜湍z原、層粘連蛋白、纖維連接蛋白、Perlecan和核心蛋白糖蛋白以及其他蛋白多糖組成，這些細(xì)胞外基質(zhì)分子主要由間質(zhì)成纖維細(xì)胞合成與分泌［23］。衛(wèi)星細(xì)胞位于基膜和肌纖維頂端肌膜之間，頂端肌膜覆蓋有層粘連蛋白，基膜上有大量的整合素結(jié)合位點(diǎn)，層粘連蛋白信號(hào)通過膜受體（整合素α7β1和聚糖復(fù)合物）傳遞給衛(wèi)星細(xì)胞。下調(diào)層粘連蛋白α1的表達(dá)會(huì)減弱衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和自我更新的能力［24］。這表明了層粘連蛋白α1對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和自我更新具有重要作用。此外，層粘連蛋白α2缺乏導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞膜受體整合素α7β1的繼發(fā)性缺失，反之亦如此，敲除整合素α7基因的小鼠層粘連蛋白α2水平降低［25］。因此，改變層粘連蛋白和整合素的表達(dá)，能改變衛(wèi)星細(xì)胞的生理活動(dòng)。

靜止的衛(wèi)星細(xì)胞還表達(dá)多配體蛋白聚糖3（Syndecan3）和多配體蛋白聚糖4（Syndecan4），Syndecan3與Syndecan4攜帶細(xì)胞外硫酸乙酰肝素和硫酸軟骨素鏈。衛(wèi)星細(xì)胞可以與多種生長(zhǎng)因子結(jié)合，如成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1等［26］。選擇性敲除Syndecan3基因?qū)е录⌒l(wèi)星細(xì)胞的自發(fā)激活，而Syndecan4的敲除對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞沒有影響［27］。由于敲除Syndecan3基因的衛(wèi)星細(xì)胞在成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2或肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子刺激下使細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶-1（ERK-1）磷酸化增加，導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞對(duì)生長(zhǎng)因子過于敏感而自發(fā)激活。此外，在肌衛(wèi)星細(xì)胞Niche中，胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）、微管細(xì)胞黏附分子、白血病抑制因子、白細(xì)胞介素6（IL-6）、表皮生長(zhǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、氮氧化物、血小板因子、睪酮、基質(zhì)金屬蛋白酶家族中的基質(zhì)溶素3等對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞靜止、增殖、分化及自我更新等過程具有重要作用［28］。

2 衛(wèi)星細(xì)胞間接Niche

除了衛(wèi)星細(xì)胞直接Niche外，還有包括衛(wèi)星細(xì)胞局部間質(zhì)細(xì)胞、微血管及其分泌的相關(guān)因子、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的間接Niche，其存在于骨骼肌中，具有調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞功能狀態(tài)和影響肌肉再生的潛力。間質(zhì)細(xì)胞是骨骼肌周圍基底膜和外膜鞘之間基質(zhì)組織的主要成分。成纖維細(xì)胞構(gòu)成間質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞群的主要成分。成纖維細(xì)胞分泌生長(zhǎng)因子，如成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞的活化、增殖、分化和自我更新具有重要作用［29］。

微血管系統(tǒng)是間接Niche之一，骨骼肌由微血管系統(tǒng)提供營(yíng)養(yǎng)，在肌肉再生過程中，血管生成和肌肉生成同時(shí)進(jìn)行［30］。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）在肌肉再生中起重要作用，腺病毒過表達(dá)VEGF可以刺激衛(wèi)星細(xì)胞增殖，促進(jìn)體內(nèi)肌纖維再生［31］。在骨骼肌成肌細(xì)胞培養(yǎng)中，內(nèi)皮細(xì)胞通過分泌一系列生長(zhǎng)因子，如胰島素樣生長(zhǎng)因子1、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血小板衍生生長(zhǎng)因子BB和VEGF可促進(jìn)成肌細(xì)胞增殖。目前已有研究開始探索衛(wèi)星細(xì)胞和微血管系統(tǒng)內(nèi)細(xì)胞之間的相互作用，今后的研究需要進(jìn)一步闡明衛(wèi)星細(xì)胞間接Niche微血管系統(tǒng)在肌肉再生過程中的作用，如血管內(nèi)皮細(xì)胞如何調(diào)節(jié)衛(wèi)星細(xì)胞生理狀態(tài)值得深入探討。

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元作為肌衛(wèi)星細(xì)胞間接Niche之一，其對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞生理活動(dòng)非常重要。骨骼肌失神經(jīng)支配會(huì)導(dǎo)致骨骼肌進(jìn)行性萎縮。在肌肉急性失神經(jīng)支配期間，衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量在第一周增加，表明其處于類似肌肉損傷的增殖期。但是，骨骼肌長(zhǎng)期失神經(jīng)支配會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量大幅減少，是由于衛(wèi)星細(xì)胞凋亡增加和有絲分裂降低所致［32］?？梢酝茰y(cè)，骨骼肌失神經(jīng)支配后神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的減少可能導(dǎo)致衛(wèi)星細(xì)胞數(shù)量減少。

綜上所述，在衛(wèi)星細(xì)胞的靜止、增殖及分化等生理進(jìn)程中，不僅僅是衛(wèi)星細(xì)胞的直接Niche起作用，衛(wèi)星細(xì)胞局部的間質(zhì)細(xì)胞、微血管以及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元對(duì)其生理狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

目前對(duì)肌衛(wèi)星細(xì)胞Niche中的相關(guān)通路的研究較多，但都局限于某一信號(hào)分子對(duì)信號(hào)通路的直接作用效應(yīng)，而對(duì)Niche中其他各信號(hào)分子或細(xì)胞之間的相互作用機(jī)制研究相對(duì)較少，如VEGF是否通過激活或抑制Wnt信號(hào)通路或Notch信號(hào)通路中某一個(gè)信號(hào)分子來改變衛(wèi)星細(xì)胞的生理進(jìn)程有待進(jìn)一步探索。另一方面，Notch信號(hào)通路在維持衛(wèi)星細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)有重要作用，Wnt信號(hào)通路主要在衛(wèi)星細(xì)胞成肌分化的過程中發(fā)揮作用。但目前尚不清楚衛(wèi)星細(xì)胞是如何進(jìn)入和脫離靜止?fàn)顟B(tài)，如何長(zhǎng)期維持干細(xì)胞庫數(shù)量的穩(wěn)定，肌衛(wèi)星細(xì)胞從靜止期轉(zhuǎn)變到增殖、分化期的過程中，Wnt信號(hào)通路與Notch信號(hào)通路是如何協(xié)調(diào)調(diào)控衛(wèi)星細(xì)胞生理活動(dòng)。肌衛(wèi)星細(xì)胞Niche的未知領(lǐng)域如此廣闊，未來應(yīng)對(duì)衛(wèi)星細(xì)胞Niche中的信號(hào)分子和細(xì)胞深入研究，進(jìn)而為臨床上衛(wèi)星細(xì)胞移植治療提供思路。