从早期发育到成年的肌肉干细胞和祖细胞的基因表达（从左至右）。在发育过程中，细胞从活跃表达一个关键基因（绿色）转换到另一个关键基因（紫色），肌肉纤维为红色。
近日，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）再生医学和干细胞研究中心的一个跨学科研究团队绘制了首个人类骨骼肌发育的路线图。相关论文发表在《细胞·干细胞》杂志上，确定了从早期胚胎一直到成年存在于骨骼肌组织中的各种细胞类型。
在这项研究中，科学家们重点关注了肌肉祖细胞和肌肉干细胞，并绘制出了这些细胞成熟时基因网络的变化过程。
这篇论文的通讯作者、博德干细胞研究中心的成员April Pyle说：“衰老或疾病导致的肌肉损失通常是肌肉干细胞功能失调的结果。这张路线图确定了肌肉祖细胞和干细胞在整个发育过程中精确的基因网络，这对于在体外获得这些细胞，以及治疗肌肉疾病至关重要。”
在这之前，科学家们就已经能够在体外从人多能干细胞中获得骨骼肌细胞。而直到现在，研究人员也无法确定这些细胞在人体发育连续体中的位置。
“我们在体外获得的肌肉细胞，并不像在人体中发现的完全成熟的肌肉干细胞那样具有功能。”这篇新论文的第一作者、Pyle实验室的助理项目科学家Haibin Xi说，“所以我们开始绘制这张路线图。这样大家可以参考它，比较我们创造的细胞和真正的人类骨骼肌组织的基因特征。”
为了绘制这张路线图，研究小组收集了两组不同骨骼肌细胞的具体数据：从胚胎发育第5周到中年的人体骨骼肌细胞，以及科学家们在体外获得的人多能干细胞来源的骨骼肌细胞，然后通过高通量单细胞RNA测序比较了两组细胞的基因特征。
随后，研究人员开发了新的计算方法，重点研究了肌肉祖细胞和干细胞，并绘制出与每个发育阶段相关的基因网络，从而将人多能干细胞来源的肌肉细胞的基因特征与人类肌肉发育图谱进行了匹配。研究小组发现，通过多种方法在体外获得的肌肉干细胞类似于早期发育状态的肌肉祖细胞，而与成体的肌肉干细胞不一致。
除了确定实验室获得的肌肉干细胞的真正成熟度之外，该分析还提供了其他细胞类型的详细信息，这些细胞类型存在于不同发育阶段的骨骼肌组织中，以及人多能干细胞来源的细胞群体中，可能在肌肉细胞成熟过程中发挥重要作用，并能够帮助改进在体外中获得并培养肌肉干细胞的方法。
“我们发现，一些在体外产生肌肉干细胞的方法也可能会产生支持肌肉细胞的独特细胞类型。”Pyle说，“我们想知道，这些细胞的作用是什么？它们是在体外获得并支持成熟的功能性肌肉干细胞的关键吗?”
接下来，研究人员经将利用这一新资源开发更好的从人多能干细胞中获得肌肉干细胞的方法。Pyle希望通过关注干细胞相关基因表达网络和支持细胞的类型，将来获得高性能的肌肉干细胞，用于未来的再生治疗。
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