STIM1但不包括STIM1L将Ca2+外排与SOCE偶联，促进NFATc1激活和人肌管生长

基质相互作用分子1（Stromal Interaction Molecule 1, STIM1）是一种普遍存在的蛋白质，在内质网钙库耗竭后触发细胞外Ca²⁺内流，该机制称为钙库操控的Ca²⁺内流（store-operated Ca²⁺ entry, SOCE）。在骨骼肌中，一个更长的STIM1剪接变体占SOCE的一半。在这项研究中，研究人员解析了经典STIM1或长肌肉变体（STIM1L）对人肌肉再生的影响。研究人员表明，两种蛋白质的敲低均导致兴奋-收缩偶联缺陷。此外，STIM1而非STIM1L与PMCA1功能性相互作用，增强Ca²⁺外排。另外，STIM1L依赖的SOCE并未触发NFATc1转位，而STIM1诱导的SOCE在静息和刺激条件下均导致NFATc1转位。同时，PMCA1的下调减少了基础Ca²⁺内流以及NFATc1转位。总体而言，研究人员提出STIM1而非STIM1L增加PMCA1依赖的Ca²⁺外排，通过减弱Orai1的Ca²⁺依赖失活（Ca²⁺-dependent inactivation, CDI）促进NFATc1激活。该机制进而通过增加肌管生长促进骨骼肌成熟。

钙库操控的Ca²⁺内流（SOCE）是骨骼肌中重要的Ca²⁺信号机制，由基质相互作用分子（STIM1）及肌肉特异性剪接变体STIM1L介导。此前研究表明二者均可激活Orai1通道，但STIM1L在门控瞬时受体电位经典通道（TRPC1）方面效率更高，且二者在肌管分化中的具体功能差异尚不明确。为阐明STIM1与STIM1L在肌管成熟中的不同作用，研究人员构建了诱导性敲低模型，重点探究其在Ca²⁺循环、核因子活化T细胞c1（NFATc1）激活及肌管生长中的作用。研究发现STIM1（而非STIM1L）通过偶联质膜Ca²⁺ATP酶1（PMCA1）增强Ca²⁺外排，促进NFATc1核转位，进而推动肌管生长，揭示了骨骼肌中STIM1/Orai1/PMCA1纳米域调控的新机制。该成果发表于《Cell Calcium》。研究采用的主要关键技术包括：基于慢病毒的强力霉素诱导性短发夹RNA（shRNA）敲低（靶向STIM1/1L或仅STIM1L）、人原代成肌细胞（来源于半腱肌手术废弃物，经日内瓦大学伦理批准）分化培养、Fura-2/Cal520-AM活细胞Ca²⁺成像、Mn²⁺淬灭法检测基础Ca²⁺内流、电场刺激（EFS）模拟兴奋-收缩偶联、免疫共沉淀（co-IP）检测蛋白相互作用、免疫印迹（Western blot）及免疫荧光分析，并采用颗粒度分析方法定量肌管直径。结果部分：3.1 诱导性STIM1蛋白敲低的效率：通过强力霉素诱导shRNA实现STIM1/1L双敲低（50-76%）或STIM1L特异性敲低（约90%），且不影响成肌细胞融合指数及分化标志物表达；SOCE功能检测显示二者敲低均显著降低Ca²⁺内流幅度与速率。3.2 STIM1/1L或STIM1L敲低导致电场刺激后Ca²⁺回路受损：EFS实验显示，敲低组肌管首次Ca²⁺瞬变幅度及重复刺激后剩余Ca²⁺比例均降低，且Ca²⁺清除时间显著延长；后期阶段（10天）敲低仅影响清除时间，不影响瞬变幅度，提示早期SOCE对维持Ca²⁺稳态更关键。3.3 STIM1/1L敲低影响PMCA1介导的Ca²⁺外排能力：通过Tg耗竭钙库后测量外排动力学，发现STIM1/1L敲低显著延长Ca²⁺外排快速相时间常数，而STIM1L敲低影响较小；过表达STIM1（而非STIM1L）可加速外排；利用小干扰RNA（siRNA）筛选表明PMCA1（而非NCX3）是主要外排蛋白，且PMCA1与STIM1共敲低无叠加效应；co-IP证实STIM1（而非STIM1L）与PMCA1存在相互作用，且PMCA1与Orai1亦存在共沉淀。3.4 STIM1和STIM1L差异激活NFATc1转位：在HEKdKO（STIM1/STIM2双敲除）细胞中，STIM1过表达在静息态及Tg刺激后均显著促进NFATc1核转位，而STIM1L效果较弱，尽管二者SOCE幅度相似；在人肌管中，STIM1/1L敲低减少静息及刺激后NFATc1核转位，而STIM1L敲低无影响；Orai1抑制剂GSK7975a可阻断基础NFATc1转位及Mn²⁺淬灭，提示基础SOCE参与调控。3.5 PMCA1介导的Ca²⁺外排参与NFATc1激活：siRNA敲低PMCA1显著减少静息态NFATc1核转位，但增强Tg刺激后转位；Mn²⁺淬灭实验显示PMCA1敲低降低基础Ca²⁺内流约63%，与Orai1抑制效果类似。3.6 PMCA1敲低减小肌管尺寸：PMCA1敲低不影响MEF2C阳性核比例或α-actinin总面积，但颗粒度分析显示肌管中位直径从58.7μm降至42.3μm，表明其抑制肌管生长而非融合。讨论总结：研究提出STIM1（而非STIM1L）通过形成STIM1/Orai1/PMCA1纳米域，促进局部Ca²⁺外排以缓解Orai1的Ca²⁺依赖失活（CDI），维持基础Ca²⁺内流并激活钙调磷酸酶（CaN）-NFATc1通路，最终驱动肌管成熟与增粗。结论翻译：研究人员提出一个模型，其中STIM1蛋白在骨骼肌适当的Ca²⁺循环中起核心作用，尤其在分化早期。两种不同STIM1蛋白在骨骼肌中以相似水平表达，支持每种亚型的功能分化。骨骼肌的特化组织及将收缩所需Ca²⁺释放与Ca²⁺依赖信号通路隔离的需求，使得肌管倾向于形成Ca²⁺纳米域。因此，本研究支持一个模型，即STIM1（而非STIM1L）参与包括Orai1和PMCA1在内的Ca²⁺纳米域三元复合物，调控NFATc1转位及骨骼肌生长。