摘要
肌肉干细胞(MuSCs)是骨骼肌再生和维持的实质细胞。随着年龄增长，MuSCs的再生功能下降，其数量也减少。然而，近期证据表明老年MuSC群体存在显著异质性，引发了关于年龄相关功能障碍潜在机制的疑问。本研究使用Pax7CreERT2;RosaYFP小鼠(MuSCYFP)标记表达Pax7的MuSCs，并按时间追踪至老年。基因标记和时间追踪显示，YFP+ MuSC数量在年轻、中年和老年时期保持相当。在老年时期，YFP+ MuSCs表现出传统MuSC标记物如VCAM1和PAX7的表达降低。一个先前未被认识的亚群出现，其特征是失去VCAM1且PAX7低或缺失。尽管标记物谱改变，这些细胞仍保留静息和肌源性潜能的转录特征，但增殖和再生能力显著降低。它们表现出类似衰老状态的基因表达模式，并被衰老细胞清除剂选择性清除。二氢睾酮(DHT)恢复了老年小鼠的再生功能，并在YFP+/Pax7-/low/VCAM1-细胞中重新诱导VCAM1表达，表明对再生的响应性。基于其随年龄出现、功能受损和对再生的响应性，我们将这一群体命名为GERI-MuSCs（老年出现的再生响应型和功能受损的肌肉干细胞）。CD63和CD200被确定为新的表面标记物，与VCAM1一起，可可靠检测GERI-MuSCs以及传统的Pax7+/VCAM1High MuSCs，为从老年野生型小鼠中全面分离MuSCs提供了工具。总之，我们的研究为研究MuSC衰老提供了改进的框架，并为从老年骨骼肌中分离功能不同的MuSC亚群提供了新工具。
引言
骨骼肌再生主要由组织驻留干细胞协调，这些干细胞被称为肌肉干细胞(MuSCs)或卫星细胞。在稳态条件下，MuSCs位于肌纤维基底膜下处于静息状态，但在损伤后迅速激活，进行增殖、分化并融合到再生肌纤维中。虽然MuSCs的再生功能在青年期保持良好，但随着年龄增长，其数量和再生能力下降，导致肌肉修复和组织维持受损。
MuSC功能的年龄相关下降源于内外因素的结合。外在因素包括促炎性细胞因子增加、细胞外基质重塑以及微环境生态位的机械特性改变。MuSC内在因素包括代谢稳态破坏、蛋白质稳态丧失、表观遗传调控改变、线粒体功能障碍以及信号通路的异常激活。因此，老年MuSCs表现出集落形成能力降低、维持静息状态失败以及自我更新潜力丧失，导致MuSC池显著减少。
恢复MuSC功能的努力已探索了系统性和细胞内在干预措施。异种共生实验中发现的循环因子，以及NAD+和催产素等分子的补充，已显示出恢复再生能力的潜力。对信号通路的药物调节，如抑制JAK/STAT、p38 MAPK、mTORC1、TGF-β或Wnt信号，已使老年肌肉的再生得到改善。然而，实验动物年龄的差异使这些发现的解释变得复杂。许多再生研究将"老年"小鼠定义为12至24个月大，这一范围涵盖了功能下降的异质性时期。因此，关于这些干预是否直接恢复功能失调的MuSCs、选择性扩增仍保留部分功能的老年MuSC亚群，或延迟/防止尚未经历显著衰老的MuSCs的老化等问题仍存在疑问。
除了旨在逆转MuSC功能障碍的干预措施外，恢复再生能力的另一种策略涉及靶向衰老细胞。衰老细胞在老年肌肉中积累，并被认为通过分泌促炎和基质重塑因子（统称为衰老相关分泌表型）损害再生。选择性消除衰老细胞的衰老细胞清除剂，如达沙替尼和槲皮素，在临床前模型中已显示出改善组织稳态和延长肌肉健康寿命的效果。然而，尽管衰老被广泛定义为不可逆的细胞周期停滞状态并伴有转录重编程，但这一过程如何在体内静止的成体干细胞中表现仍不完全清楚。这种不确定性引发了对使用衰老细胞清除剂的担忧，因为此类治疗可能意外消除仍保留潜在再生能力的MuSC亚群。
在本研究中，我们的发现揭示了一种先前未被认识的MuSC群体的年龄依赖性积累，我们将其命名为GERI-MuSCs（老年出现的再生响应型和功能受损的肌肉干细胞）。GERI-MuSCs的特征是传统标记基因表达降低、功能受损但仍保留、对衰老细胞清除剂敏感，以及对DHT再生的响应性。此外，CD63和CD200可作为可靠标记物，与VCAM1一起用于检测先前难以检测的MuSCs。
主要发现
老年肌肉中存在标记物表达减少但功能保留的肌肉干细胞
研究团队使用Pax7CreERT2;RosaYFP小鼠模型标记表达Pax7的肌肉干细胞，并追踪至老年。与传统观点不同，研究发现基因标记的肌肉干细胞数量在年轻、中年和老年时期保持相当，而使用传统表面标记物(VCAM1)检测的干细胞数量随年龄显著下降。这表明传统方法可能低估了老年肌肉中的干细胞数量。
进一步分析发现，老年肌肉中出现了一类新型干细胞亚群，其特征是VCAM1表达降低甚至缺失，PAX7表达水平也明显下降。尽管这些细胞标记物表达减少，但它们仍保留静息状态的转录特征和肌源性潜能，只是增殖和再生能力有所降低。
GERI-MuSCs：新型肌肉干细胞亚群的鉴定
研究团队将这一新型亚群命名为GERI-MuSCs（老年出现的再生响应型和功能受损的肌肉干细胞）。这些细胞表现出类似衰老的基因表达模式，包括细胞周期调节因子Cdkn2a的上调，但不符合经典细胞衰老的全部特征。
值得注意的是，GERI-MuSCs对衰老细胞清除剂(如达沙替尼和槲皮素)表现出敏感性，这些清除剂能选择性减少该亚群的数量。同时，GERI-MuSCs对二氢睾酮(DHT)等再生因子有响应，DHT处理能够恢复这些细胞的VCAM1表达和再生功能。
CD63和CD200：老年肌肉干细胞的新标记物
研究发现，CD63和CD200可作为GERI-MuSCs的可靠表面标记物。在老年肌肉中，这些标记物与VCAM1组合使用，能够全面检测和分离功能各异的肌肉干细胞亚群，包括那些传统方法难以检测的亚群。
在中年小鼠中，CD63high/CD200high细胞仅对应于VCAM1High MuSCs；而在老年小鼠中，大多数CD63high/CD200high细胞落在VCAM1Low/–门内，这表明这些标记物可用于识别老年肌肉中的新型干细胞亚群。
研究意义
这项研究挑战了肌肉干细胞数量随年龄不可逆下降的传统观点，揭示了老年肌肉干细胞功能异质性的分子机制。研究发现，老年肌肉中存在一类新型干细胞亚群(GERI-MuSCs)，它们虽然功能受损但仍保留再生潜力，对特定干预措施有响应。
研究结果对肌肉衰老研究和老年肌肉退行性疾病治疗具有重要意义：
- 为理解肌肉衰老提供了新框架，表明老年肌肉干细胞数量减少可能是标记物表达变化而非真正细胞损失
- 鉴定出CD63和CD200作为新标记物，可用于全面分离老年肌肉中的干细胞亚群
- 揭示了GERI-MuSCs对DHT的响应性，为开发针对老年肌肉功能衰退的再生疗法提供了新靶点
- 提示使用衰老细胞清除剂时需谨慎，因为这些药物可能消除仍具再生潜力的干细胞亚群
总之，这项研究为肌肉干细胞衰老研究开辟了新方向，为开发改善老年人肌肉健康和功能的干预策略提供了科学依据。
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