科学家揭秘成年小鼠肌肉干细胞，为逆转人类衰老带来启发

作为开创干细胞代谢领域的青年学者之一，中国科学院动物所黄仕强研究员有着光鲜的履历，其本科和博士先后毕业于美国普林斯顿大学和哈佛大学，博士毕业之后曾在新加坡基因组研究所工作四年之久。

图 | 黄仕强（来源：资料图）

后来在一次国际会议上，黄仕强偶遇了时任中国科学院动物所干细胞与生殖生物学国家重点实验室主任周琪院士（编者注：目前周琪院士担任中国科学院副院长兼中国科学院大学校长）。

相识之后，黄仕强被中国再生医学的蓬勃发展趋势所吸引。“因此在几次来访之后，我接受了周院士的邀请，选择加入中科院动物所。后来，在动物所领导和生殖室同事的支持下，我获得了中科院的项目资助，不仅快速搭建了实验室平台，也招到了多名优秀学生和博士后。”黄仕强说。

图 | 黄仕强获得 2019 年中国科学院年度创新人物（来源：资料图）

而在过去几年间，在位于北京市朝阳区的实验室里，黄仕强和团队潜心构建了谱系追踪所需要的小鼠模型（包含 Lin28a-tdTomato）。

在近期一项研究中，这一模型发挥了关键作用。他们利用先进的谱系追踪技术，发现小鼠成年肌肉里沉睡着一小群类胚胎的肌肉干细胞。

这一小群细胞就像一个“超级英雄突击队”，能够迅速修复受损的肌肉纤维。这些内源产生的 Lin28a 干细胞，具有与胚胎肢芽细胞相关的基因表达和表型特征，拥有抵抗衰老、促进再生、长期维持细胞活力的功能。

在此之前，课题组并不知道小鼠体内存在这种成年干细胞，因为它们数量稀少，而且也会随着生长发育的进程逐渐消失。

此前有研究发现，动物世界中有一种再生能力超强的墨西哥蝾螈，它终其一生都能保持年轻的幼虫特权，即无论四肢怎么断、断几次，都能完整再生、且不长瘤。

有研究表明，蝾螈的这一自然过程需要激活 Lin28a 才能再生四肢。这也许跟 Lin28a 只在低等动物幼虫期和高等动物胚胎期的干细胞里表达存在一定的关系。

但是由于各种技术难点的存在，墨西哥蝾螈肢体中具体是哪种细胞类型表达了 Lin28a，一直是个未解之谜。

而本次针对小鼠的研究，给蝾螈研究者带来了这样一个提示：即应该更加关注肌肉干细胞。

除此之外，黄仕强团队进一步发现，通过向蝾螈再生和小鼠 Lin28a+肌肉干细胞加以学习，可以扩增产出大量的人类肌肉干细胞。

另据悉，与小鼠肌肉干细胞不同的是，长期培养和扩增人类肌肉干细胞一直是个技术难点，这阻碍了再生医学在肌肉里的应用前景。

而该课题组在分离和研究小鼠 Lin28a+肌肉干细胞之后，发现了一系列与年轻化有关的因子。

通过筛选最小的因子组合，他们让衰老的人类肌肉细胞恢复活力，成功将其转化为更年轻、更具再生能力的肌肉干细胞。

与此同时，他们也反复验证了所得到的肌肉细胞并没有转变为癌细胞的风险。

肌肉衰减，是衰老的主要病症和特征之一。而本次基于动物界自然再生研究所获得的“黑科技”，或能帮助缓解衰老相关的肌肉问题，协助老年人恢复肢体功能和整体活力。

也就是说，对于逆转人类衰老和治疗退行性疾病等领域，本次成果都能带来一定启发。

具体来说，通过自然表达 Lin28a 的干细胞，能够让衰老肌肉恢复活力，并进一步利用与 Lin28a 相关的年轻化因子组合，让人类肌肉细胞实现大批量产扩增成为可能。

这项基于年轻化基因的成果，也指明了在衰老肌肉和相关组织里逆转衰老的未来研究方向，即可以通过相应的靶点干预来治疗或预防肌肉以及其他组织相关的退行性疾病。

“它可以是分子药物，也可以是细胞治疗，目前我们都在一并推进。”黄仕强说。

任何成果的取得，都不是一蹴而就。当年，从哈佛医学院毕业之后，黄仕强来到新加坡担任独立 PI（principal investigator），那时他就已经开始研究肌肉和相关的代谢通路。

在新加坡期间，他和团队的一篇论文还成为 Nature Medicine 的封面文章，他也因此获得美国霍华德休斯医学院国际学者的名衔。

谱系追踪，基本是通过基因改造，并利用荧光蛋白标记小鼠体内的某些基因，从而通过成像技术去捕捉被标记细胞在小鼠身体的去向。

本次研究中，他和团队利用最好的红色萤光蛋白（tdTomato）来标记产生 Lin28a 的细胞，再利用各种成像技术研究这些罕见的 Lin28a+ 细胞在小鼠体内的去向，从而取得了一系列突破性发现。

当时，所有人都认为 Lin28a 只出现于胚胎干细胞和诱导性多能干细胞等多能干细胞之中，在胚胎发育或成人再生中不会产生任何实际作用。

因此在本次研究之中，当他们看到胚胎肢芽充满红色细胞（表达 Lin28a-tdTomato 的细胞，即 Lin28a+ 干细胞的后裔）时，整个课题组非常兴奋。

“因为这是我们第一次证实了 Lin28a+干细胞在胚胎肢芽发育过程中扮演着重要的角色。”他说。

之后，该团队很快又发现一个更让人振奋的实验结果。那就是他们在成年小鼠受伤后的再生过程中，也能看到红色肌肉纤维。

黄仕强说：“之前，我们已经花费整整两年来准备这批携带特异标签的小鼠，可以说是下了血本，所以对这批小鼠有着一定期待。因此，当我和学生们一起在显微镜上看到照片时，我就起了鸡皮疙瘩，有一种皇天不负有心人的成就感！”

这意味着，上述发现和课题组的其他成果进一步证实：内源性 Lin28a 是大自然维持机体年轻化状态、以及放慢干细胞衰老时钟的机制，该机制可以促进不致癌的类胚胎再生能力。

然而，就在 2023 年春节之前，他们获悉哈佛医学院的竞争者从胚胎肢体发育的角度出发，或将达成和他们类似的成果。

与此同时，该课题组也在同行评审过程中遇到阻碍，而新冠疫情还没结束，实验进展非常缓慢。

当时大家都感到非常焦虑和沮丧。因此，黄仕强把学生王鹏和刘旭鹏叫到办公室。

“当时，我既是问他们也是问我自己：‘每个人的一生有几个真正的挑战，真正的转折点？来临时，你要怎么选择，怎么应对？’后来，大家以行动给出了答复，我们谁都没在春节回家，最后在我们团队不懈的苦战下，成功发表了论文。”黄仕强说。

图 | 该课题组的部分成员，最左为论文第一作者王鹏（来源：资料图）

日前，相关论文以《LIN28A 将一小部分肌肉干细胞维持在胚胎一样的状态》（Lin28a maintains a subset of adult muscle stem cells in an embryonic-like state）为题发在 Cell Research（IF 44.1），王鹏和刘旭鹏是共同一作，黄仕强担任通讯作者 [1]。

图 | 相关论文（来源：Cell Research）

下一步，课题组希望继续以肌肉系统为基础，从自然界中寻找更多促进再生、且不会导致癌症的年轻化因子（juvenility factors）。

这听起来像是寻找传说中的青春之泉（Fountain of Youth），恰恰是某些因子的高表达，反而可能是自然界不少年轻动物或胚胎组织能够维持自我更新的缘由。

而这些因子的降低，可能是动物肌肉衰减和老年人消瘦退化的原因。因此，他们希望能够更详细地研究这些因子，以探索更多自然界再生能力的奥秘。