通过补充与一碳相关的代谢物可加速年轻和老年小鼠肌肉再生

2024年3月19日，索尔克生物研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte和阿卜杜拉国王科技大学Pierre Magistretti共通讯（中国科学院动物所、北京干细胞与再生医学研究院刘光慧、曲静参与）在Cell Reports Medicine发表了题为“Intervention with metabolites emulating endogenous cell transitions accelerates muscle regeneration in young and aged mice”的文章，研究发现在成肌细胞（MB）分化开始时检测到一碳代谢物，通过补充与一碳相关的代谢物，可以在体外诱导成熟分化细胞的可塑性，并且这种干预可以加速年轻和老年小鼠肌肉损伤后的修复。

研究者首先探索了从MB到肌纤维的早期转录组变化，发现在分化诱导3小时后整体基因表达存在显著差异，特别是在诱导分化的早期（3—6小时）生物合成和调节通路显著富集。

那么其中发生转变的关键物质又是什么呢？为此，作者通过循环模式分类（RPC）去追踪化合物随时间变化的相对平均丰度，其变化呈现钟形，其中富集了Warburg效应、糖酵解和糖异生途径、一碳相关途径等。经比较代谢组转变后，发现蛋氨酸代谢和亚精胺、精胺生物合成是肌纤维分化过程中的共有途径，而这些途径在一碳代谢网络中是相互关联的。这就提示来自一碳网络的生化物质可以是介导MB转分化的关键。

既然一碳网络可能在MB的转分化中扮演着关键性作用，那么通过人为干预一碳网络会起到什么效果呢？为此，研究者选择了一系列与一碳网络相关的分子，构建了一碳代谢物诱导培养基（1C-MIM）。通过实验发现，暴露于1C-MIM的肌纤维表现出不同基因的表达变化，包括成熟细胞标记物的下调和祖细胞标记物的恢复。进一步的研究表明，1C-MIM处理引起肌纤维和星形胶质细胞的转录组学变化，影响细胞周期和细胞迁移相关过程。此外，1C-MIM处理还提高了肌纤维向特定分化状态的转化效率，加速了细胞的转换过程。总体而言，研究结果表明1C-MIM处理能够调节细胞命运并促进细胞重编程。

既然体外实验结果提示1C-MIM能够调节细胞命运并促进细胞重编程，那么在动物体内是否存在同样的效果呢？研究者通过心脏毒素构建了肌肉损伤的小鼠模型，结果表明补充1C-MIM能够促进肌肉结构的恢复和有核纤维的出现。1C-MIM干预还调节细胞周期途径，提升了活化卫星细胞水平，促进肌肉组织的再生和恢复。整体而言，1C-MIM在肌肉组织中展现出潜在的促进修复和再生的作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101449