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葡萄糖，一直被認為是細胞增殖的主要能量源，從而能對肌肉修復(fù)起到促進作用。 然而，最新研究卻發(fā)現(xiàn)，低葡萄糖更有利于肌肉修復(fù)。 肌肉修復(fù)，是通過肌肉干細胞的繁殖來實現(xiàn)的，這種干細胞叫做衛(wèi)星細胞。 當肌纖維細胞受損時，骨骼肌衛(wèi)星細胞會進行繁殖，并與肌纖維細胞融合，這對修復(fù)肌肉和維持肌肉質(zhì)量都十分重要。 最新研究表明，在低葡萄糖環(huán)境中，骨骼肌衛(wèi)星細胞的增殖能力更好。 △在高糖和低糖環(huán)境下，衛(wèi)星細胞增殖能力示意圖來自東京都立大學(xué)的團隊，采用多個指標進行了對比分析。 原代衛(wèi)星細胞的增殖研究團隊分別使用了兩種不同葡萄糖濃度、包含30％FBS（一種取自牛胚胎的血清）的培養(yǎng)基進行實驗，高濃度和低濃度值分別為19mM和2mM。 一般來說，人的空腹血糖不高于6.1mM；重度糖尿病患者的血糖水平在11.1mM以上。 通過對原代衛(wèi)星細胞的增殖情況進行觀察和統(tǒng)計，研究人員發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)的第6天，不同葡萄糖濃度下的細胞數(shù)量呈現(xiàn)出顯著差異： △在兩種葡萄糖培養(yǎng)基中原代衛(wèi)星細胞的增殖團隊還使用熒光分析，觀察Ki67（細胞增殖標志物）陽性細胞所占比例，以及使用免疫印跡法分析Ki67蛋白的表達水平： △Ki67陽性細胞觀察、Ki67蛋白表達的蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示，二者在低糖環(huán)境中的值均高于高糖環(huán)境： △Ki67陽性細胞占比、蛋白質(zhì)印跡分析結(jié)果此外，利用EdU脈沖追蹤測定的結(jié)果表明：低葡萄糖培養(yǎng)基中生長的衛(wèi)星細胞，具有更高的EdU陽性細胞數(shù)量。 △EdU +衛(wèi)星細胞的代表性圖像這些實驗數(shù)據(jù)都指向同一結(jié)論：低葡萄糖培養(yǎng)基能促進衛(wèi)星細胞增殖。 細胞及衍生細胞的活性由于細胞數(shù)量可能受到細胞活力、細胞死亡的影響，于是研究團隊使用TUNEL分析法，對衛(wèi)星細胞凋亡情況進行了評估： 從圖中可以看到，凋亡細胞的百分比在低葡萄糖培養(yǎng)基中更低，這表明低葡萄糖能減少細胞損傷，并維持細胞活力。 不僅如此，衍生的成肌細胞在培養(yǎng)后，能融合并表達MHC蛋白，這證明了它們還具有分化能力。 衛(wèi)星細胞的成肌狀態(tài)通過對Pax7（重要轉(zhuǎn)錄因子）、MyoD（主要的生肌決定因子）和肌生成素（分化標志）進行標記和觀察，研究人員發(fā)現(xiàn)： 無論是細胞總數(shù)，還是每種成肌狀態(tài)的細胞數(shù)量，在低糖環(huán)境中的值都明顯更高。 而且，低糖培養(yǎng)基中Pax7+/MyoD-細胞的百分比較高，這表明自我更新的衛(wèi)星細胞，在體外低糖條件下能更好地存活。 抑制非肌原性細胞的增長此外，研究人員還觀察到，大多數(shù)細胞都被非肌肉細胞污染（藍色），而分化的肌肉細胞的標志——α-肌動蛋白（綠色）只有少量： 在高葡萄糖（19mM）培養(yǎng)基中，最終衛(wèi)星細胞的培養(yǎng)總是呈現(xiàn)混合物的形式，這是由于樣品中其他類型的細胞也在繁殖。 而在低葡萄糖（2mM）培養(yǎng)基中，實現(xiàn)衛(wèi)星細胞增殖的同時，其他類型的細胞被抑制增殖。 從而為骨骼肌細胞在各種環(huán)境中的研究，提供了重要前提——純凈的培養(yǎng)物。 葡萄糖之外的能量來源研究人員還添加了葡萄糖氧化酶，使培養(yǎng)基達到超低葡萄糖水平（0.1mM），出乎意料的是，衛(wèi)星細胞仍然能夠正常增殖，并且與低葡萄糖培養(yǎng)基的細胞數(shù)相近： 這表明衛(wèi)星細胞增殖有其他能量源。 由于低葡萄糖可能會降低細胞的能量水平，因此生物能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子——AMP激活的蛋白激酶（AMPK），可能在細胞增殖中起了作用。 為此，研究人員進行了實驗，結(jié)果表明：AMPK的激活在低葡萄糖條件下，不會促進細胞增殖。 因為FBS本身對細胞存活至關(guān)重要，由此推斷，氨基酸、脂質(zhì)和乳酸可能是替代能量源。 結(jié)論根據(jù)先前的研究，AMPK的衛(wèi)星細胞特異性缺失，會降低肌肉再生過程中衛(wèi)星細胞的增殖和成肌能力。 這就意味著，AMPK可能通過響應(yīng)葡萄糖濃度，促進衛(wèi)星細胞增殖。 但是實驗結(jié)果顯示，在有限的葡萄糖條件下，AMPK可能不參與促進細胞增殖。 更重要的是，研究表明，在貼壁培養(yǎng)條件下，當葡萄糖濃度高于8mM時，衛(wèi)星細胞的增殖受到抑制。 因此研究人員認為，糖尿病患者肌肉萎縮，可能就是由高血糖導(dǎo)致的衛(wèi)星細胞功能障礙引起的。 這一研究對如何維持肌肉健康有重要意義，至于低葡萄糖調(diào)節(jié)衛(wèi)星細胞增殖的機制，仍需進一步研究。 參考鏈接： 量子位 | 報道 |
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