肌少症，从干细胞改变到干细胞干预

撰文│张   怡

编辑│李佳潞

审校│汤红明

肌少症

肌少症，又称肌肉衰减综合征、骨骼肌减少症、少肌症等，是一种与增龄相关的进行性、全身肌量减少和（或）肌强度下降或肌肉生理功能减退的疾病，是老年衰弱症的重要表现之一。2021年，Kitamura等按照AWGS2019定义的肌少症进行分析，发现亚洲11.5%的男性和16.7%的女性患有肌少症，其中75～79岁约占22%，80岁及以上男性和女性分别为32.4%和47.7%。肌少症具有发病率高、进展隐匿、渐行加重等特点，与老年人活动障碍、跌倒、低骨密度及代谢紊乱密切相关。肌少症患者全因死亡率和功能障碍的风险较正常人高2～4倍，因此，对肌少症的预防及治疗成为老龄化社会亟待解决的问题。

肌少症的发病机制尚未完全明确，已知可能原因包括老年衰弱、肌肉中线粒体融合/裂变功能障碍、肌肉量和强度丢失、α运动神经元和运动单元数量显著减少、骨骼肌去神经支配、Pax7阳性肌肉干细胞减少、肌细胞凋亡、内分泌功能变化、促炎细胞因子增加、营养失衡及遗传等因素。预防和治疗肌少症的手段有限，目前还没有以肌少症为适应证的药物。以细胞为核心的再生医学技术在老龄疾病中是有前景的干预手段，可能成为预防及治疗肌少症的新方法。

肌少症的干细胞缺失

骨骼肌在受伤后具有很强的再生能力，其再生能力由卫星细胞（satellitecells, SCs）—位于肌纤维膜和质膜之间的成体肌肉干细胞介导。年轻骨骼肌受伤后，静止的SCs被激活，不对称增殖、扩张以促进融合并分化成多核肌纤维，自我更新SCs池，从而实现自我修复。但这种自我修复能力会随着年龄的增长而降低，在衰老情况下，骨骼肌老化首先伴随着SCs池的显著缩小。SCs数量的下降发生在肌肉老化的早期阶段，这可能是衰老微环境破坏了SCs在静止、增殖和凋亡之间的平衡。

FGF2在老化肌肉中表达增加会使SCs脱离静止状态，导致自发的有丝分裂活动，引起SCs池耗尽。FGF2还抑制了sprouty1的表达，使得SCs恢复静止的能力受损。SCs池随着老龄化缩小的同时，还会进入初老状态。

衰老的SCs出现JAK-STAT通路超活化，增强p38-MAPK信号通路，缺失纤连蛋白依赖的细胞外整合素信号通路，周围衰老的环境会改变肌细胞Wnt信号通路和SCs的表观遗传学信息。这些内源与外源因素作用在一起，造成静态SCs的激活和扩增能力受阻。

炎症加剧干细胞改变

肌少症骨骼肌再生能力的改变与免疫微环境紊乱及炎症直接相关。

老年疾病（包括肌少症、阻塞性肺疾病、肌肉萎缩症、特发性肌病及类风湿关节炎等多种慢性炎症疾病）对肌细胞炎症调控能力的降低一定程度上源于免疫细胞功能受损和炎症失控。IFN-γ、IL-1、TNFα、IL-6、IL-18和IL-8在内的促炎细胞因子已被证明是导致慢性炎症疾病肌肉损失的主要因素，这可能是由于炎症抑制了骨骼肌再生。

用老年小鼠干细胞为年轻小鼠骨髓移植后，年轻小鼠的免疫系统遭到破坏，进而影响了骨骼肌SCs的功能和再生。研究表明，主要有两类免疫细胞[巨噬细胞和调节性T细胞（Tregs）]对炎症的肌肉组织产生免疫调节响应。

年轻的肌肉损伤后立即进入炎症阶段，中性粒细胞和单核细胞被招募到损伤部位，将巨噬细胞从促炎状态（M1态）激活成抑炎状态（M2态），Tregs协同巨噬细胞促进SCs动员、分化新细胞外基质的沉积和血管生成。在肌少症的骨骼肌中巨噬细胞TNFα表达升高，巨噬细胞无法转化为M2态，Tregs在衰老肌肉组织中的聚集因为微环境来源的IL-33信号降低而受到明显抑制，导致SCs功能破坏。

肌少症的衰老干预

在过去十年中，人们不断尝试干预肌少症衰老的方式，包括采用运动调节、营养代谢调节、血液系统干预、炎症调节和衰老细胞清除等方式，这些方法显示出一定的作用，而针对细胞的再生干预为肌少症提供了新策略。

（1）对内源干细胞的干预

①治疗性运动（有氧运动和抗阻训练）能减少随着年龄增加肌肉质量和肌肉力量的下降。近3年研究发现，5种运动因子（miR-1192、miR-342-5p、GDF-15、催产素和Apelin）在运动中发挥着重要作用。肌少症研究发现，运动可通过Apelin分子介导来改善老龄小鼠SCs对损伤的反应。衰老过程明显影响了运动后产生Apelin的能力，因此，老年人特别是卧床不起的肌少症患者的治疗性运动须额外进行干预，全身电肌刺激和振动已被提议作为潜在的新兴治疗干预措施。

②代谢调节方面，在增肌运动过程中补充蛋白质和VD摄入的同时，限制热量摄入一定程度上可预防和改善肌少症发生发展。热量限制可能通过下调衰老SCs中mTOR水平，恢复SCs自噬作用以保持原有干细胞功能，预防骨骼肌衰老。用NAD+前体烟酰胺核苷进行全身性调节线粒体UPR，或者系统性补充α-Klotho、HMB等或通过增加肌肉合成、减少肌肉分解、改善肌肉力量和功能、干预SCs进入衰老期及抑制炎症来提高衰老肌肉的再生能力。

③血液系统干预研究最好的佐证是异时异种共生研究，经过血液交换，老年小鼠的SCs年轻化了，肌肉衰老也获得逆转，其内在分子机制可能包括Wnt通路的抑制、催产素和GDF11等作用。

④衰老细胞的清除有助于小鼠健康并延长寿命。用抗衰老药物ABT263治疗老年小鼠，消除了老龄小鼠衰老的SCs，减少了促炎细胞因子分泌能力，使机体SCs年轻化。

⑤动物研究表明，针对老年骨骼肌中长期激活的炎症途径的系统性干预措施可使SCs恢复活力，并提高老年骨骼肌的修复能力，这些干预措施包括用NF-κB激活抑制剂进行系统治疗，系统性补充IL-33以重建Tregs对受伤肌细胞的募集，通过肌肉内递送STAT抑制剂来抑制JAK-STAT通路。

（2）细胞替代移植

①SCs移植。补充SCs理论上是治疗肌少症最直接的方法。多项研究表明将外源SCs移植给受伤的年轻小鼠增加了肌量和肌力。仅需移植7个小鼠SCs就可生成100条新肌纤维。近年来，人SCs在体外培养逐渐丧失Pax7表达的问题在软组织支架培养上得以解决，进一步需要解决的是SCs的异质性、分离和体内存活难等问题，从而为SCs临床移植铺平道路。

②成肌细胞（myoblasts， MBs）移植。MBs是在损伤时由激活的SCs定向分化而来，MBs可分化为肌肉细胞，最终融合并修复肌纤维。MBs的优点是容易通过肌肉组织活检分离并获得再生能力强的肌肉细胞。早期临床研究中的MBs移植失败主要是因为细胞体内成活率和迁移率低及免疫排斥反应等问题，近年来采用MBs与水凝胶等组织工程支架一期移植一定程度上解决了这个问题。目前，MBs在临床研究中最多的是心肌梗死后的心肌修复、尿或大便失禁及杜氏肌萎缩症（Duchennemusculardystrophy, DMD)患者局部骨骼肌损伤。

③诱导型干细胞（iPSC）移植。近年来多项研究将iPSC通过小分子或转基因方法诱导分化成具有生肌功能的肌肉干/祖细胞，移植到DMD小鼠中可增强肌纤维收缩力并形成肌萎缩蛋白阳性肌纤维。iPSC解决了大规模自体肌细胞的来源问题，未来临床应用还有很长的路要走。

（3）针对炎症的细胞移植

衰老肌肉中炎症微环境是造成肌少症的原因之一，因此，将衰老骨骼肌由促炎状态逆转为抗炎状态的细胞治疗是临床解决思路之一。

大量研究表明，间充质干/基质细胞自身的抗炎作用是通过分泌多种细胞因子（包括IL-10和TGF-β等）来实现，MSCs还可降低巨噬细胞促炎细胞因子水平，促进巨噬细胞极化为抗炎M2表型。通过移植的MSCs诱导抗炎微环境，抑制ROS和预防神经变性发生，这些均利于内源性SCs的稳态和肌肉再生。MSCs还可介导线粒体至衰老细胞中，恢复衰老肌细胞和线粒体功能。

在肌少症动物研究中，MSCs可通过抗炎作用，抑制肌肉细胞凋亡，增加骨骼肌质量和肌纤维横截面积。此外，MSCs具有激活SCs的能力，从而促进肌肉组织的肌生成和分化。这些积极的结果为肌少症干预提供了新见解。虽然直接针对肌少症的MSCs临床移植研究还未见报道，但多项针对老年衰弱症和肌肉萎缩症临床研究表明，MSCs对肌肉组织有修复能力。

在衰弱研究（NCT02065245）中将异体骨髓MSCs（CRATUS）按照（2～20）×107静脉输注给老年衰弱症患者，结果患者的TNFα水平显著下降，运动机能6MWD得到明显提升。采用脐带MSCs对22例肌肉萎缩症患者按照1×106/kg进行静脉和（或）鞘内注射，结果患者肌力和运动量均得到显著恢复。印度一项针对11个DMD患者采用2×106/kg脐带MSCs静脉治疗后，患者获得了稳定肌力。

（4）干细胞分泌组（stem cell secretome）移植

近年来研究表明，MSCs移植在机体内起到的抗炎和免疫调节作用主要来自其旁分泌的分泌组（包括可溶性因子和微囊泡）。已被证实MSCs的条件培养基（CM）可抑制T、B、NK等免疫细胞的增殖，诱导单核细胞向具有抗炎性、M2样特征的巨噬细胞表型和功能转换。

脂肪MSCs的CM具有抗肌肉萎缩MBs凋亡能力。在肌肉萎缩小鼠中注射人脐带MSC-CM后，通过激活PI3K-Akt通路诱导肌量恢复。

MSCs分泌组在骨骼肌再生中的治疗效果可能部分归因于分泌组中的细胞外囊泡，包括外泌体。肌内注射骨髓MSCs细胞外囊泡可观察到小鼠肌肉横截面积增加、纤维化面积减少和毛细血管密度提高，其表现出的对骨骼肌再生和稳态作用可能与细胞外囊泡中的多种miRs有量效关系。不同研究组采用MSCs的细胞外囊泡对DMD、ALS和肌萎缩症模型动物进行了体外细胞学研究，证明了其对肌肉骨骼疾病具有潜在临床意义。

总结与展望

肌少症是一种老龄化再生修复障碍性疾病，目前80%的干预手段来自运动干预，这对已经无法正常运动的肌少症患者效果甚微。MSCs已经在DMD、ALS、衰弱等肌萎缩疾病中进入临床研究阶段，干细胞分泌组也在同类疾病的临床前研究中看到了希望，这些研究均为肌少症的再生干预带来了新曙光。进一步针对肌少症的病理学特点，开展干细胞及其分泌组对骨骼肌的系统性再生修复研究，并结合运动和代谢调控，将为肌少症患者的全面干预和有效治疗提供创新性解决策略。

张怡   教授级高级工程师

现任老年性疾病干细胞技术国家地方联合工程研究中心主任，黑龙江省干细胞工程技术研究中心主任，天晴干细胞股份有限公司总经理，中国整形协会干细胞研究与应用分会常务理事。为哈尔滨市重点领域高层引进次人，享受国务院特殊津贴、黑龙江省政府特殊津贴。长期从事干细胞、免疫细胞和血小板源再生医学技术的研究与转化工作。承担国家发改委产业化项目、自然基金项目、省重大攻关项目等6项，获授权专利57项。

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