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第一个全面的衰老人类肌肉细胞图谱揭示了肌肉退化背后复杂的遗传和细胞过程以及对抗它的机制。
肌肉如何随着年龄的增长而变化，并试图对抗其影响，现在在细胞和分子水平上更好地理解了人类衰老肌肉的第一个全面图谱。
来自威康桑格研究所的研究人员和他们在中国中山大学的合作者运用单细胞技术和先进的成像技术分析了来自17个成年人的骨骼肌样本。通过比较结果，他们对与年龄相关的肌肉变化背后的许多复杂过程有了新的认识。
该图谱今天(4月15日)发表在《自然衰老》杂志上，揭示了新的细胞群，可能解释了为什么一些肌肉纤维比其他肌肉纤维衰老得快。它还确定了肌肉用来对抗衰老的补偿机制。
随着年龄的增长，这些发现为未来的治疗和干预提供了途径，以改善肌肉健康和生活质量。
这项研究是国际人类细胞图谱计划的一部分，该计划旨在绘制人体每一种细胞类型，从而改变人们对健康和疾病的认识。
随着年龄的增长，我们的肌肉逐渐变弱。这会影响我们进行日常活动的能力，比如站立和行走。对一些人来说，肌肉萎缩会加剧，导致跌倒、行动不便、丧失自主能力，并出现肌肉减少症。我们的肌肉随着时间的推移而变弱的原因仍然知之甚少。
在这项新研究中，来自中国威康桑格研究所和中山大学的科学家们利用单细胞和单核测序技术以及先进的成像技术，分析了17名年龄在20至75岁之间的人的肌肉样本。
研究小组发现，在衰老样本的肌肉干细胞中，控制核糖体(负责产生蛋白质)的基因活性降低。随着年龄的增长，这损害了细胞修复和再生肌肉纤维的能力。此外，这些骨骼肌样本中的非肌肉细胞群产生了更多的促炎分子CCL2，将免疫细胞吸引到肌肉中，加剧了与年龄相关的肌肉退化。
我们还观察到与年龄相关的一种特定的快速收缩肌纤维亚型的丧失，这是爆发性肌肉表现的关键。然而，他们首次从肌肉中发现了几种补偿机制，似乎弥补了损失。其中包括慢肌纤维向表达丢失的快肌纤维亚型特征基因的转变，以及剩余快肌纤维亚型再生的增加。
研究小组还在肌肉纤维中发现了特殊的核群，这些核群有助于重建随着年龄增长而衰退的神经和肌肉之间的联系。研究小组在实验室培养的人类肌肉细胞中进行的基因敲除实验证实了这些细胞核在维持肌肉功能方面的重要性。
Veronika Kedlian是这项研究的第一作者，来自威康桑格研究所，她说:“我们用公正、多方面的方法研究肌肉衰老，结合不同类型的测序、成像和调查，揭示了以前未知的细胞衰老机制，并突出了有待进一步研究的领域。”
该研究通讯作者、中山大学的Hongbo Zhang教授说:“在中国、英国和其他国家，我们都有人口老龄化的问题，但我们对老龄化过程本身的理解有限。我们现在对肌肉如何在衰老的影响下尽可能长时间地保持功能有了详细的了解。”
这项研究的资深作者、来自威康桑格研究所的Sarah Teichmann博士是人类细胞图谱的联合创始人，他说:“通过人类细胞图谱，我们从人类发育的最初阶段到老年，以前所未有的细节了解身体。”有了这些关于健康骨骼肌衰老的新见解，世界各地的研究人员现在可以探索对抗炎症、促进肌肉再生、保持神经连通性等的方法。像这样的研究发现对于开发治疗策略具有巨大的潜力，可以促进后代更健康地衰老。”
附:
1. 这项研究是人类细胞图谱(HCA)的一部分，HCA是一个国际合作联盟，它正在创建所有人类细胞(生命的基本单位)的综合参考图谱，作为了解人类健康和诊断、监测和治疗疾病的基础。HCA可能会影响生物学和医学的各个方面，推动转化发现和应用，最终引领精准医学的新时代。
HCA于2016年由Wellcome Sanger研究所(英国)的Sarah Teichmann博士和当时在麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所(美国)的Aviv Regev博士共同创立。这是一项真正的全球倡议，目前有来自全球101个国家的3400多名HCA成员。https://www.humancellatlas.org
2. 骨骼肌减少症是一种与年龄有关的疾病，影响了大约25%的老年人，并与身体虚弱密切相关。肌肉减少症的标准包括低肌肉量，低身体功能和低肌肉力量。目前还没有批准的药物来治疗肌肉减少症，目前的建议是保持身体活动和健康饮食来预防它的发作。
3. 细胞核包含细胞的遗传物质。由于肌肉纤维仅由一个细胞组成，但却有许多细胞核，这给研究带来了独特的挑战。单细胞RNA测序和单核RNA测序方法都被用来解决这些挑战。虽然单细胞RNA测序研究的是单个细胞，包括不太常见的肌肉干细胞和其他支持细胞，但分析肌肉纤维是困难的。另一方面，单核RNA测序可以关注分散在整个肌肉细胞中的多个细胞核，更好地探索其遗传学。
4. 8名年龄在20-40岁之间的年轻人和9名年龄在60-75岁之间的老年人的肋间肌肉活检由剑桥转化医学生物库提供。
5. 我们的肌肉包含不同类型的肌纤维:“慢肌纤维”用于耐力活动，而其他“快肌纤维”用于强大的爆发力运动。研究人员发现，随着年龄的增长，快速收缩肌肉纤维的一种特殊亚型逐渐消失，称为IIx型。
这些数据可以在这里访问:https://www.muscleageingcellatlas.org
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