當我們進行高強度的“擼鐵”訓練後，往往會出現肌肉痠痛，而休息兩天後又變得生龍活虎，這是因為肌肉幹細胞可以與受損肌細胞融合或者生產新的肌纖維。近期，來自西班牙龐培法布拉大學的William Roman等人發現了一種肌細胞自我修復的全新機制，它不依靠肌肉幹細胞，而是肌纖維透過細胞核的遷移，實現損傷後的再生。相關研究於2021年10月15日發表在Science期刊上，題為“Muscle repair after physiological damage relies on nuclear migrationfor cellular reconstruction”。
文獻DOI:10.1126/science.abe5620
與人體內大多數細胞不同的是，肌肉細胞由多個成肌細胞融合而來，因此一個肌細胞擁有多個細胞核。肌肉的過度收縮會造成肌纖維的損傷，但是很快肌纖維可以完成自我修復。為了研究這一過程，研究人員構建了小鼠的運動模型，經過5小時的運動，在小鼠腿部比目魚肌的受損區域發現了細絲蛋白C(FLNC)和熱休克蛋白27（HSP27）的聚集，這有助於受損部位的癒合；而在運動48小時後，這些蛋白的聚集幾乎消失，這說明在此之前已經迅速完成了肌肉修復。而且在這個過程中，沒有檢測到肌肉乾細胞的參與。
圖注：肌肉損傷後，HSP27（上）和FLNC（下）在受損區域的聚集情況
此外，在體外培養的肌細胞模型中，研究人員發現，在受損後肌纖維的細胞核陸續向受損區域遷移。5小時內，73%的細胞核都聚集在受損區域附近。這直接導致了mRNA分子的區域性遞送，這些mRNA在受損區域被翻譯形成FLNC、HSP27等，是肌肉修復良好的原材料。同時，研究人員發現了一條與鈣離子相關的、負責調控細胞的運動的訊號通路：細胞分裂週期蛋白42（CDC42）。當抑制CDC42時，細胞核的遷移隨之受到抑制；反之，啟用CDC42，未受損肌纖維中的細胞核仍會移動。因此，肌肉細胞的這種自我修復機制是透過CDC42的調控實現的。
圖注：在受損區域，微管網路(綠色)重新排列並吸引肌細胞核
圖注：肌肉修復的過程
總之，研究發現，運動所致的區域性肌肉損傷會啟用一種不依賴於肌肉幹細胞的肌纖維自我修復機制。小鼠的肌肉損傷觸發了涉及鈣離子、CDC42和磷酸激酶C的訊號級聯反應，並透過微管和動力蛋白將細胞核吸引到受損部位。細胞核的遷移加速了肌纖維的修復，在區域性遞送mRNA以進行肌細胞的重建。這種細胞自主的保護機制是我們更全面、更深入地瞭解生理和疾病中的肌肉修復的一種替代模型。而《科學》雜誌同期的一篇展望文章則認為，這個發現還有著更為深遠的意義：在這項研究中出現的關鍵蛋白，例如HSP27、CDC42，有可能成為修復損傷或幫助患者康復的新靶點。
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參考資料：
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe5620
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