近日，廣東省科學院微生物研究所研究員謝黎煒團隊與南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院康復醫(yī)學科主任劉剛團隊合作，首次報道了低強度脈沖超聲可通過AMP激活蛋白激酶（AMPK）代謝通路調控骨骼肌衛(wèi)星細胞和成肌纖維細胞的活性，在骨骼肌再生中顯示出顯著的巨大的治療潛力。相關成果發(fā)表于《細胞信號》。
“我們研究發(fā)現(xiàn)低強度脈沖超聲參與了肌肉再生過程中對肌衛(wèi)星細胞活性的調節(jié)，為低強度脈沖超聲的作用機制提供了重要的見解，為其在改善損傷后骨骼肌再生方面的應用奠定了理論基礎，并為骨骼肌損傷和相關疾病的治療策略提供了新靶點和新思路。”論文通訊作者謝黎煒對《中國科學報》表示。
低強度脈沖超聲治療肌肉損傷機制圖。受訪者供圖
骨骼肌占人體總質量的40%
作為運動系統(tǒng)的重要組成部分，骨骼肌參與人體各種身體活動。骨骼肌占人體總質量的40%，隨著年齡的增長，骨骼肌會發(fā)生結構和功能變化，50歲之后人體每十年平均會損失15-30％的肌肉質量，肌肉強度也會急劇下降。
流行病學調查顯示，肌肉損傷占所有運動損傷的10%-55%，如果沒有及時進行肌肉功能的康復，會引起代謝紊亂，機體各項機能逐漸下降、出現(xiàn)機體虛弱、活動能力和平衡能力降低等，容易引發(fā)跌倒，骨折等不良后果，嚴重影響到患者的生活和生活質量。因此，促進骨骼肌損傷后的再生，尤其是中老年人一直是康復醫(yī)學的主要研究方向之一。
論文第一作者、謝黎煒團隊與南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院康復醫(yī)學科聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生段惠敏表示，骨骼肌損傷后的再生是一個精準調節(jié)的生物學過程，需要有序調用一系列細胞和分子。其中，肌衛(wèi)星細胞作為骨骼肌的原代成體干細胞，在骨骼肌損傷再生過程中發(fā)揮著至關重要的作用。“這些細胞位于骨骼肌肌膜和基板之間，促進肌肉的生長、修復和再生。”
據(jù)介紹，低強度脈沖超聲作為新興的康復物理因子治療手段，具有非侵入性、精確、靶向、和易于使用等特性。它能夠靶向身體的固定部位，引起組織中的熱和非熱生理效應，提供必要的機械刺激從而達到治療作用。目前低強度脈沖超聲的臨床應用主要集中在骨折愈合，骨關節(jié)炎等治療方向，在骨骼肌方面的臨床應用較少。
“盡管先前的研究確實證明了低強度脈沖超聲在肌肉萎縮疾病中表現(xiàn)出較好的治療作用，但肌衛(wèi)星細胞在低強度脈沖超聲積極效果中的具體貢獻仍然是一個未知。”謝黎煒說。
促進骨骼肌損傷后的再生
研究人員通過構建心臟毒素肌肉損傷模型，在損傷的早期經(jīng)過低強度脈沖超聲的干預后，結果表明低強度脈沖超聲治療顯著增加肌衛(wèi)星細胞群和新形成肌纖維的數(shù)量和大小，同時降低急性損傷階段的纖維化水平。并且損傷后30天觀察到持續(xù)的益處，表明早期低強度脈沖超聲干預通過促進肌衛(wèi)星細胞增殖和分化來促進長期恢復。這些結果顯示低強度脈沖超聲在組織重塑和提高再生效率方面的潛能。
“我們的研究證明了低強度脈沖超聲在骨骼肌損傷后再生中顯著的治療潛力，主要是通過增強肌衛(wèi)星細胞和成肌細胞的活性來介導的。”謝黎煒表示，作為細胞能量儲備的關鍵指標，AMPK在細胞能量中起著核心作用，AMPK的激活可以觸發(fā)一系列代謝調節(jié)機制。
骨骼肌再生的過程復雜，涉及多種細胞類型和分子機制。肌肉再生是一個能量密集的過程，靜息的肌衛(wèi)星細胞的激活表現(xiàn)出更高的代謝需求和增強的線粒體活性，這一過程高度依賴于能量代謝和細胞內信號傳導途徑的精確調控。
謝黎煒團隊假設低強度脈沖超聲對肌衛(wèi)星細胞的調節(jié)可能涉及到AMPK/GLUT4/PGC1α能量通路。體內實驗結果表明，低強度脈沖超聲可以通過激活AMPK，誘導Glut4和PGC-1α的表達，促進了線粒體生物發(fā)生，這可能為肌衛(wèi)星細胞的增殖和分化提供充足的能量供應，有利于骨骼肌的再生。
體外研究結果顯示，低強度脈沖超聲治療明顯加速C2C12成肌細胞分化，同樣的AMPK磷酸化增加，導致了Glut4和PGC1α表達上調，并且提高了細胞的葡萄糖攝取能力和線粒體生物發(fā)生，最終提高細胞能量利用率。并且AMPK被抑制后，逆轉了低強度脈沖超聲對成肌細胞分化的促進作用。
論文共同通訊作者劉剛表示，該研究通過細胞和動物心肌毒素肌肉損傷模型，研究了低強度脈沖超聲對肌衛(wèi)星細胞和骨骼肌再生的影響，首次報道了低強度脈沖超聲對骨骼肌損傷后再生中的積極作用，這與肌肌衛(wèi)星細胞和成肌細胞活性的調節(jié)密不可分。
此外，體外研究證實了低強度脈沖超聲對肌衛(wèi)星細胞的調節(jié)作用可能歸因于其增強細胞能量代謝的能力。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2024.111097
本文鏈接：研究發(fā)現(xiàn)低強度脈沖超聲促進骨骼肌再生的新應用http://m.lensthegame.com/show-11-3098-0.html
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