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【摘 要】干细胞研究仍然是当今医学的热点问题，尤其是肌肉干细胞因直接参与骨骼肌分化而备受关注。胚胎和成人体内都存在肌肉干细胞。由于肌肉卫星细胞在肌肉的发育和再生中发挥主要作用，目前公认的成人体内肌肉干细胞主要是指肌肉卫星细胞。近年研究发现，肌卫星细胞在组织工程和疾病研究中都起着比较重要的作用，将为治疗包括帕金森病在内的多种临床退行性疾病提供自体干细胞的新来源。
【关键词】肌干细胞；肌再生；肌肉修复；肌卫星细胞
【中图分类号】R285.5 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2013）03-0141-01
肌卫星细胞Mauro[1]等于1961年首次在蛙骨骼肌中发现。肌卫星细胞是具有增殖和自我更新能力的成肌前体细胞，这种组织特异的祖细胞在出生后骨骼肌的损伤、修复和维持再生中起着重要的作用。Gussoni等[2]用Hoechest/FACS方法从骨骼肌中分离到多能干细胞，有关性质尚不清楚。这些肌源干细胞既能形成再生肌纤维，也能有效重建造血系统。肌源干细胞的这种可塑性，使有关肌卫星细胞的起源、激活与分化的分子调控机制以及肌卫星细胞的干细胞特性等方面的研究成为该领域的热门课题。
1 肌卫星细胞的起源
肌卫星细胞属于肌源性细胞谱系，起源仍不完全清楚，目前有两种假说：体节来源和内皮来源。体节来源假说来自鸡雏鹌鹑异源嵌合体实验，将鹌鹑的胚胎中胚层生肌节移植到宿主鸡的胚胎中，且被移植的鹌鹑细胞有明显的形态特征，可以观察到这些细胞从移植的中胚层生肌节迁徙到胚胎发育的肢体，并组成出生后鸡骨骼肌的肌卫星细胞群。以后，大量的研究也证明了这一假说。De Angelis等认为，卫星细胞也有可能是内皮来源的。从胚胎背侧主动脉分离到的细胞具有与肌卫星细胞相似的形态和基因表达特征，此外，将这种主动脉来源的细胞移植到新生小鼠后，发现这种细胞参与出生后肌肉的生长和再生，并可与中胚层生肌节来源的肌纤维融合。因此，他们认为肌卫星细胞可能起源于胚胎血管祖细胞。
2 肌卫星细胞的分布、形态学特征及自我更新
2.1 肌卫星细胞的分布
肌肉卫星细胞只存在于骨骼肌内，心肌和平滑肌内没有卫星细胞。骨骼肌的肌纤维分为快肌纤维和慢肌纤维，卫星细胞在这两种肌纤维内均有分布，但在慢肌纤维的卫星细胞数量要多于快肌纤维。这种不均匀分布的调节机制仍不清楚。
2.2 肌卫星细胞的形态学特征
肌肉卫星细胞是未分化的单核肌源性细胞群，在哺乳动物、爬行动物、鸟类、两栖动物的骨骼肌内都有发现。Mauro[1]等在蛙的肌肉中首先发现了卫星细胞的存在。电镜观察提示卫星细胞位于骨骼肌纤维的肌细胞膜与基底膜之间，其核较大、胞浆少、细胞器数量少。
2.3 肌肉卫星细胞的自我更新
肌肉卫星细胞具有自我更新的能力，以维持其数量的相对稳定。肌肉卫星细胞的自我更新存在两种机制：一是由于非对称性分裂所造成的；二是肌肉卫星细胞进行对称性分裂。但还无法确定自我更新的确切机制，研究提示，转录因子、Pax7或Notch/ Numb信号途径可能参与其中。
3 肌卫星细胞在骨骼肌组织创伤修复过程中的重要作用
正常肌肉创伤后的修复主要靠肌卫星细胞增殖分化完成。骨骼肌卫星细胞属于组织干细胞，起源于胚胎中胚层，具有增殖分化潜力，正常处于静止状态，呈小圆球形存在于肌细胞基底膜与肌膜之间，因此有人也把它称为静止的肌干细胞。当肌肉受到创伤等刺激条件时，肌卫星细胞被激活进入有丝分裂循环，及时提供肌肉修复的成肌细胞。
不论损伤形式如何，骨骼肌的再生过程大致相同。创伤研究发现，创伤后首先是受损肌纤维出现不同程度坏死，然后在受累区域出现巨噬细胞清除坏死肌纤维，但保留坏死肌纤维周围的基底膜，就像许多中空“管道”样的支架。肌组织受创后约3～12h，肌卫星细胞即有骨骼肌调节因子MyoD/Myf5的表达，此时肌卫星细胞被激活，在伤后1周内迅速分裂、增殖，数量达到高峰，之后仍维持一定的分裂能力，但数量却逐渐减少。减少的卫星细胞沿着残留的基底膜在原肌纤维（已被清除） 部位相互融合，成为肌小管。肌小管不断接受新生的肌卫星细胞，相邻肌小管互相融合而逐渐长大，同时肌小管能合成肌原纤维，这就是幼稚的肌纤维。在局部微环境调节下，幼稚肌纤维逐渐成熟，修复损伤肌组织。
可见，受损骨骼肌再生主要取决于3个方面：（1）基底膜的完整性；（2）受损肌肉的血供重建；（3）受损肌肉的神经支配。其中最为重要的在于卫星细胞被激活，以及激活的卫星细胞在短时间内迅速大量分裂增殖的能力。目前研究的重点之一是该环节中各细胞因子的作用。
4 肌卫星细胞的标志物
自从成体骨骼肌中发现卫星细胞以来，主要利用转基因芯片和基因敲除的方法来研究肌肉损伤修复过程中起重要作用的细胞的分子标记。可作为成体骨骼肌卫星细胞标记的有细胞表面受体，黏着蛋白，生长因子和转录因子等。
4.1 细胞表面受体
c-Met是肝细胞生长因子（HGF）的受体，属多功能细胞因子酪氨酸激酶受体。来源于间质细胞的肝细胞生长因子通过与受体结合，能促进肿瘤及新生血管生成，在肿瘤细胞转移或直接浸润周围组织及肿瘤血管生成过程中发挥重要作用。酪氨酸激酶受体在体节的生肌节和神经脊衍生物的发育期间都有广泛的表达，并集中在成人骨骼肌静止期的卫星细胞群上。假定前体从体节中迁移失败，胚胎就会因缺乏c-Met而死亡并伴有肢带肌组织的缺失。迄今为止，应用原位杂交和RT-PCR 等分子生物学方法研究发现，在肺癌和乳腺癌组织中，c-MetmRNA及蛋白呈高表达，在肌肉损伤组织表达的研究少见报道。
4.2 M钙黏蛋白15
M钙黏蛋白15是一种钙依赖型细胞黏着分子，在静止期卫星细胞的亚群表达，而且在激活的卫星细胞内明显增加。Cdh15可能是对卫星细胞的定位起锚定作用和（或）促进卫星细胞向受伤区域移行修复。当小鼠缺乏M钙黏蛋白时，肌肉的发育和再生仍是正常的，有可能是因为其他的钙黏蛋白替代了M钙黏蛋白的缺失，说明了这些黏着因子在功能上的重复。其他用于肌肉卫星细胞标记的整联蛋白和黏着蛋白包括VCAM-1（血管细胞黏附分子-1）和NCAM（神经细胞黏着因子）。 4.3 生长因子
肝细胞生长因子或者分散因子是在骨骼肌细胞外基质的分子量为90Kd的蛋白，由于机械性的牵拉或者损伤而释放增加。有活性的肝细胞生长因子是c-Met（肝细胞生长因子受体）的配体，是一种在卫星细胞群中通过有效的转导p38 MAPK和PI3K信号通路促进细胞周期（从G0静止状态到G1）兴奋折返的活化剂。关于一氧化氮（NO）介导的HGF的释放即在没有卫星细胞的情况下NO和HGF是否参与肌肉的再生仍然是需要解决的问题。
4.4 转录因子
Foxk1转录因子控制级联最终调节细胞群落。Foxkl是叉头/ 翼状螺旋转录因子家族的一员，表达于胚胎晚期、出生后和成熟肌肉内的静止和增殖期卫星细胞群。Foxk1也是肌肉卫星细胞中p21CIP（周期素依赖性蛋白激酶抑制因子） 的逆行调节因子。Foxk1缺陷小鼠发育迟缓并且因为卫星细胞数量的下降和细胞周期动力学的损害引起骨骼肌再生功能严重受损。
Budkingham实验室使用绿色荧光蛋白（GFP） 受体定位了Pax3基因座。这个模型揭示了Pax3和Pax7在胚胎发育期共同表达于大部分成肌节细胞（>87%），对成肌节细胞的增殖发挥重要作用。Pax7突变小鼠可以有正常的肌肉发育，并且最初可以有整个卫星细胞群落，但在出生后却无法维持，有严重的肌肉再生能力损害，说明Pax7在卫星细胞维持方面（或者作为抗凋亡因子）的作用。
5 肌卫星细胞在生物治疗和组织工程中的应用
5.1 应用于遗传性肌病的基因治疗
肌卫星细胞移植较早用于某些遗传性肌病的基因治疗，如杜兴肌营养不良症（DMD），患者肌细胞缺少编码dystrophin蛋白的基因，细胞膜不稳定，最终导致肌纤维坏死，患者常死于呼吸衰竭。目前在肌营养不良对应的动物模型小鼠上进行了大量的肌卫星细胞移植治疗肌营养不良症的动物实验，结果表明，将正常肌卫星细胞移植到MDX小鼠的骨骼肌肉组织后，能与宿主（MDX小鼠）的肌纤维融合，形成杂交肌纤维。dystrophin特异性免疫组织化学染色结果说明，正常肌卫星细胞能与MDX小鼠的肌纤维融合并表达其基因产物dystrophin。
5.2 应用于创伤修复和组织工程
肌卫星细胞是哺乳动物体内唯一能大量分裂、增殖及迁移的肌组织前体细胞，具有与宿主肌纤维融合的能力，可作为一种有效载体广泛用于目的基因的转移。目前已经通过基因工程获得能表达人类Ⅸ因子、红细胞生成素（EPO）及克隆形成刺激因子（CSF21） 等基因产物的肌卫星细胞株。将这些基因工程化的肌卫星细胞移植到相对应疾病的动物模型后，均能在受者的外周血中测得相应的基因产物。
6 展望
尽管对肌卫星细胞的研究已有近半个世纪，且大量研究也揭示了肌卫星细胞在骨骼肌生长、修复和再生中的重要作用，但肌卫星细胞从静止到激活、增殖直到终末分化状态的基因表达特性及其分子调控机理还不甚明了。此外，有关肌卫星细胞的起源和是否是多能干细胞等问题也需要进一步证明。这些问题的解决对包括DMD肌萎缩症和帕金森病在内的多种临床退行性疾病的治疗具有重要的价值。
参考文献：
[1] Mauro A.Satellite cell of skeletal muscle fibers.J.Biophys. Biochem. Cytol 1961，9：493-498
[2] Gussoni E， Soneoka Y， Strickland CD，et al.Dystrophin expression in the mdx mouse restored by stem cell transplantation. Nature 1999，401：390-394
【关键词】肌干细胞；肌再生；肌肉修复；肌卫星细胞
【中图分类号】R285.5 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2013）03-0141-01
肌卫星细胞Mauro[1]等于1961年首次在蛙骨骼肌中发现。肌卫星细胞是具有增殖和自我更新能力的成肌前体细胞，这种组织特异的祖细胞在出生后骨骼肌的损伤、修复和维持再生中起着重要的作用。Gussoni等[2]用Hoechest/FACS方法从骨骼肌中分离到多能干细胞，有关性质尚不清楚。这些肌源干细胞既能形成再生肌纤维，也能有效重建造血系统。肌源干细胞的这种可塑性，使有关肌卫星细胞的起源、激活与分化的分子调控机制以及肌卫星细胞的干细胞特性等方面的研究成为该领域的热门课题。
1 肌卫星细胞的起源
肌卫星细胞属于肌源性细胞谱系，起源仍不完全清楚，目前有两种假说：体节来源和内皮来源。体节来源假说来自鸡雏鹌鹑异源嵌合体实验，将鹌鹑的胚胎中胚层生肌节移植到宿主鸡的胚胎中，且被移植的鹌鹑细胞有明显的形态特征，可以观察到这些细胞从移植的中胚层生肌节迁徙到胚胎发育的肢体，并组成出生后鸡骨骼肌的肌卫星细胞群。以后，大量的研究也证明了这一假说。De Angelis等认为，卫星细胞也有可能是内皮来源的。从胚胎背侧主动脉分离到的细胞具有与肌卫星细胞相似的形态和基因表达特征，此外，将这种主动脉来源的细胞移植到新生小鼠后，发现这种细胞参与出生后肌肉的生长和再生，并可与中胚层生肌节来源的肌纤维融合。因此，他们认为肌卫星细胞可能起源于胚胎血管祖细胞。
2 肌卫星细胞的分布、形态学特征及自我更新
2.1 肌卫星细胞的分布
肌肉卫星细胞只存在于骨骼肌内，心肌和平滑肌内没有卫星细胞。骨骼肌的肌纤维分为快肌纤维和慢肌纤维，卫星细胞在这两种肌纤维内均有分布，但在慢肌纤维的卫星细胞数量要多于快肌纤维。这种不均匀分布的调节机制仍不清楚。
2.2 肌卫星细胞的形态学特征
肌肉卫星细胞是未分化的单核肌源性细胞群，在哺乳动物、爬行动物、鸟类、两栖动物的骨骼肌内都有发现。Mauro[1]等在蛙的肌肉中首先发现了卫星细胞的存在。电镜观察提示卫星细胞位于骨骼肌纤维的肌细胞膜与基底膜之间，其核较大、胞浆少、细胞器数量少。
2.3 肌肉卫星细胞的自我更新
肌肉卫星细胞具有自我更新的能力，以维持其数量的相对稳定。肌肉卫星细胞的自我更新存在两种机制：一是由于非对称性分裂所造成的；二是肌肉卫星细胞进行对称性分裂。但还无法确定自我更新的确切机制，研究提示，转录因子、Pax7或Notch/ Numb信号途径可能参与其中。
3 肌卫星细胞在骨骼肌组织创伤修复过程中的重要作用
正常肌肉创伤后的修复主要靠肌卫星细胞增殖分化完成。骨骼肌卫星细胞属于组织干细胞，起源于胚胎中胚层，具有增殖分化潜力，正常处于静止状态，呈小圆球形存在于肌细胞基底膜与肌膜之间，因此有人也把它称为静止的肌干细胞。当肌肉受到创伤等刺激条件时，肌卫星细胞被激活进入有丝分裂循环，及时提供肌肉修复的成肌细胞。
不论损伤形式如何，骨骼肌的再生过程大致相同。创伤研究发现，创伤后首先是受损肌纤维出现不同程度坏死，然后在受累区域出现巨噬细胞清除坏死肌纤维，但保留坏死肌纤维周围的基底膜，就像许多中空“管道”样的支架。肌组织受创后约3～12h，肌卫星细胞即有骨骼肌调节因子MyoD/Myf5的表达，此时肌卫星细胞被激活，在伤后1周内迅速分裂、增殖，数量达到高峰，之后仍维持一定的分裂能力，但数量却逐渐减少。减少的卫星细胞沿着残留的基底膜在原肌纤维（已被清除） 部位相互融合，成为肌小管。肌小管不断接受新生的肌卫星细胞，相邻肌小管互相融合而逐渐长大，同时肌小管能合成肌原纤维，这就是幼稚的肌纤维。在局部微环境调节下，幼稚肌纤维逐渐成熟，修复损伤肌组织。
可见，受损骨骼肌再生主要取决于3个方面：（1）基底膜的完整性；（2）受损肌肉的血供重建；（3）受损肌肉的神经支配。其中最为重要的在于卫星细胞被激活，以及激活的卫星细胞在短时间内迅速大量分裂增殖的能力。目前研究的重点之一是该环节中各细胞因子的作用。
4 肌卫星细胞的标志物
自从成体骨骼肌中发现卫星细胞以来，主要利用转基因芯片和基因敲除的方法来研究肌肉损伤修复过程中起重要作用的细胞的分子标记。可作为成体骨骼肌卫星细胞标记的有细胞表面受体，黏着蛋白，生长因子和转录因子等。
4.1 细胞表面受体
c-Met是肝细胞生长因子（HGF）的受体，属多功能细胞因子酪氨酸激酶受体。来源于间质细胞的肝细胞生长因子通过与受体结合，能促进肿瘤及新生血管生成，在肿瘤细胞转移或直接浸润周围组织及肿瘤血管生成过程中发挥重要作用。酪氨酸激酶受体在体节的生肌节和神经脊衍生物的发育期间都有广泛的表达，并集中在成人骨骼肌静止期的卫星细胞群上。假定前体从体节中迁移失败，胚胎就会因缺乏c-Met而死亡并伴有肢带肌组织的缺失。迄今为止，应用原位杂交和RT-PCR 等分子生物学方法研究发现，在肺癌和乳腺癌组织中，c-MetmRNA及蛋白呈高表达，在肌肉损伤组织表达的研究少见报道。
4.2 M钙黏蛋白15
M钙黏蛋白15是一种钙依赖型细胞黏着分子，在静止期卫星细胞的亚群表达，而且在激活的卫星细胞内明显增加。Cdh15可能是对卫星细胞的定位起锚定作用和（或）促进卫星细胞向受伤区域移行修复。当小鼠缺乏M钙黏蛋白时，肌肉的发育和再生仍是正常的，有可能是因为其他的钙黏蛋白替代了M钙黏蛋白的缺失，说明了这些黏着因子在功能上的重复。其他用于肌肉卫星细胞标记的整联蛋白和黏着蛋白包括VCAM-1（血管细胞黏附分子-1）和NCAM（神经细胞黏着因子）。 4.3 生长因子
肝细胞生长因子或者分散因子是在骨骼肌细胞外基质的分子量为90Kd的蛋白，由于机械性的牵拉或者损伤而释放增加。有活性的肝细胞生长因子是c-Met（肝细胞生长因子受体）的配体，是一种在卫星细胞群中通过有效的转导p38 MAPK和PI3K信号通路促进细胞周期（从G0静止状态到G1）兴奋折返的活化剂。关于一氧化氮（NO）介导的HGF的释放即在没有卫星细胞的情况下NO和HGF是否参与肌肉的再生仍然是需要解决的问题。
4.4 转录因子
Foxk1转录因子控制级联最终调节细胞群落。Foxkl是叉头/ 翼状螺旋转录因子家族的一员，表达于胚胎晚期、出生后和成熟肌肉内的静止和增殖期卫星细胞群。Foxk1也是肌肉卫星细胞中p21CIP（周期素依赖性蛋白激酶抑制因子） 的逆行调节因子。Foxk1缺陷小鼠发育迟缓并且因为卫星细胞数量的下降和细胞周期动力学的损害引起骨骼肌再生功能严重受损。
Budkingham实验室使用绿色荧光蛋白（GFP） 受体定位了Pax3基因座。这个模型揭示了Pax3和Pax7在胚胎发育期共同表达于大部分成肌节细胞（>87%），对成肌节细胞的增殖发挥重要作用。Pax7突变小鼠可以有正常的肌肉发育，并且最初可以有整个卫星细胞群落，但在出生后却无法维持，有严重的肌肉再生能力损害，说明Pax7在卫星细胞维持方面（或者作为抗凋亡因子）的作用。
5 肌卫星细胞在生物治疗和组织工程中的应用
5.1 应用于遗传性肌病的基因治疗
肌卫星细胞移植较早用于某些遗传性肌病的基因治疗，如杜兴肌营养不良症（DMD），患者肌细胞缺少编码dystrophin蛋白的基因，细胞膜不稳定，最终导致肌纤维坏死，患者常死于呼吸衰竭。目前在肌营养不良对应的动物模型小鼠上进行了大量的肌卫星细胞移植治疗肌营养不良症的动物实验，结果表明，将正常肌卫星细胞移植到MDX小鼠的骨骼肌肉组织后，能与宿主（MDX小鼠）的肌纤维融合，形成杂交肌纤维。dystrophin特异性免疫组织化学染色结果说明，正常肌卫星细胞能与MDX小鼠的肌纤维融合并表达其基因产物dystrophin。
5.2 应用于创伤修复和组织工程
肌卫星细胞是哺乳动物体内唯一能大量分裂、增殖及迁移的肌组织前体细胞，具有与宿主肌纤维融合的能力，可作为一种有效载体广泛用于目的基因的转移。目前已经通过基因工程获得能表达人类Ⅸ因子、红细胞生成素（EPO）及克隆形成刺激因子（CSF21） 等基因产物的肌卫星细胞株。将这些基因工程化的肌卫星细胞移植到相对应疾病的动物模型后，均能在受者的外周血中测得相应的基因产物。
6 展望
尽管对肌卫星细胞的研究已有近半个世纪，且大量研究也揭示了肌卫星细胞在骨骼肌生长、修复和再生中的重要作用，但肌卫星细胞从静止到激活、增殖直到终末分化状态的基因表达特性及其分子调控机理还不甚明了。此外，有关肌卫星细胞的起源和是否是多能干细胞等问题也需要进一步证明。这些问题的解决对包括DMD肌萎缩症和帕金森病在内的多种临床退行性疾病的治疗具有重要的价值。
参考文献：
[1] Mauro A.Satellite cell of skeletal muscle fibers.J.Biophys. Biochem. Cytol 1961，9：493-498
[2] Gussoni E， Soneoka Y， Strickland CD，et al.Dystrophin expression in the mdx mouse restored by stem cell transplantation. Nature 1999，401：390-394