Cell Stem Cell | 骨骼肌干细胞如何应对环境污染物刺激？

来源：BioArt

作者：阿童木

骨骼肌卫星细胞（Muscle satellite cells, MuSCs）是位于肌纤维质膜和基板之间的成体肌源性干细胞，正常生理条件下处于G0期静止状态，转录因子PAX7在MuSCs维持过程中发挥了重要作用【1】。在外伤或病理状态下，PAX7+ MuSCs会从G0期激活进入G1期，表达肌肉生长因子MYOD，PAX7表达下调，诱导分化为肌原细胞，使肌肉组织得以修复【2】。

世界卫生组织公布的数据显示，每年因空气污染造成的死亡人数达到700万人。近年来的研究表明，环境污染物能通过影响干细胞的稳态调节从而发挥有害作用，导致干细胞分化潜能和自我更新能力的改变【3】。

2019年4月18日，法国Mondor生物医学研究所（IMRB）的Frédéric Relaix领导的团队在Cell Stem Cell上发表长文PAX3 Confers Functional Heterogeneity in Skeletal Muscle Stem Cell Responses to Environmental Stress，揭示了MuSCs受到环境污染物胁迫后，通过PAX3诱导mTORC1表达，进行功能异质性调控，以保护骨骼肌免受毒害。

正常小鼠注射环境中广泛存在的高毒性污染物——2,3,7,8-四氯二苯并二噁英（TCDD）后，骨骼肌稳态发生变化，PAX7+ MuSCs数量减少并分化为肌纤维细胞。PAX7同源转录因子PAX3在一部分肌肉特异性干细胞亚群中表达【4】，TCDD胁迫后发生分化且数量减少的PAX7+ MuSCs主要是PAX3- MuSCs，而PAX3+ MuSCs的数量未发生明显变化。

有研究表明TCDD等污染物对细胞的毒害是通过芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AHR）通路介导的【5】。随后作者构建了MuSCs特异性AHR条件敲除小鼠模型（AHR cKO），发现TCDD胁迫会导致正常小鼠AHR通路下游基因和Pax3表达上调，一些MuSCs亚群发生异常激活，而AHR敲除小鼠受TCDD胁迫后上述基因表达水平未发生显著变化，且MuSCs的异常激活受阻。AHR敲除实验证明Pax3位于AHR通路下游，且AHR通路在TCDD诱导的PAX3- MuSCs异常激活中发挥了重要作用。

作者进一步构建了PAX3 cKO小鼠，证明PAX3在TCDD胁迫后的PAX3+ MuSCs中发挥了保护作用，且PAX3的表达与AHR通路的激活存在相关性。通过分析mTORC信号标志物S6核糖体蛋白磷酸化（p-S6）水平，作者发现TCDD胁迫会导致mTORC1通路发生PAX3依赖性激活，而mTORC1抑制剂处理会导致PAX3+ MuSCs对TCDD的刺激更加敏感，而且表现出与PAX3- MuSCs类似的MYOD激活水平。因此，PAX3对MuSCs适应性反应的调控是通过调节mTORC1信号通路实现的。

综上所述，在受到污染物TCDD胁迫后，PAX3- MuSCs存活率下降，异常激活，并发生零星的肌纤维融合，而PAX3+ MuSC则能通过mTORC1依赖性的警报反应来保护自身不受污染物的毒害，证明PAX3能通过调节MuSCs的功能异质性来抵抗环境污染物的刺激。环境污染已成为当今社会所面临的公共问题，严重威胁着人类健康，本文为探明干细胞对抗环境污染胁迫的分子机制提供了实验依据。