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咸姐
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兮
#糖尿病#
骨骼肌是人体的一个主要器官，占身体总重量的40%，且占基础代谢率的30%，负责产生机械力以实现呼吸和运动。此外，骨骼肌是葡萄糖（糖原）的主要储存器官，也是外周胰岛素刺激葡萄糖摄取的主要靶点。骨骼肌对于人体的重要性不言而喻，因此，骨骼肌的退化和肌肉质量的损失与多种疾病的发生和寿命的缩短相关也就不足为奇了。在某些严重遗传疾病或创伤性瘫痪的情况下，肌肉实质细胞会逐渐被非收缩性组织——如细胞外基质（ECM）蛋白和脂肪细胞——所取代（又称为纤维-脂肪变性），从而导致收缩和代谢功能丧失。
过量的ECM和脂肪细胞在肝脏、肾脏、脂肪和骨骼肌等不同器官的异位沉积是许多疾病的共同致病特征，可最终导致多器官衰竭和死亡。衰老相关疾病，如2型糖尿病（T2DM）患者的内脏、胰腺和骨骼肌中均观察到异位ECM和脂肪细胞过度沉积，病理性组织转化（包括纤维-脂肪器官变性）是T2DM的特征，多项研究发现T2DM与骨骼肌的纤维-脂肪变性密切相关。然而，与Duchenne氏肌营养不良或创伤后肌肉环境的侵略性退化不同的是，T2DM患者的肌肉纤维-脂肪变性是逐步发展的，并伴有肌肉萎缩。毫无疑问，了解这种病理性肌肉重塑的驱动机制是为预防T2DM患者肌肉纤维-脂肪变性提供干预措施的基础，了解这些变化在何种程度上与疾病或疾病的后果有关也是至关重要的。
要了解并减少或预防骨骼肌的纤维-脂肪变性，确定纤维化和脂肪细胞的细胞来源是关键的第一步。十年前，两份独立的研究在小鼠体内鉴定出具有纤维和脂肪生成潜能的骨骼肌驻留细胞（成纤维脂肪祖细胞，FAP）——干细胞抗原1阳性、CD34阳性、血小板衍生生长因子受体α（PDGFRα）阳性细胞，并且其功能在这十年中在小鼠模型中得到了很好地发现与探索。然而，由于缺乏体内人FAP标记物和人类骨骼肌组织活检的普遍缺乏，小鼠模型上的这些发现很难转化到人类疾病中。
年10月21日，来自丹麦奥胡斯大学的NielsJessen团队在CellMetabolism上在线发表题为HumanskeletalmuscleCD90+fibro-adipogenicprogenitorsareassociatedwithmuscledegenerationintype2diabeticpatients的文章，利用荧光激活细胞分选（FACS）介导的分离和转录组分析，从人类T2DM患者来源的活检组织中确定了一个以THY1（CD90）的表达为标记物的FAP亚群，这些祖细胞具有增强的祖细胞潜能和胶原生成，T2DM患者骨骼肌的退行性变与这一细胞亚群的积聚有关，可以作为T2DM患者肌肉纤维-脂肪浸润的细胞来源和治疗干预的潜在靶点。
为了研究T2DM是否与骨骼肌纤维-脂肪变性有关，本文研究人员收集了年龄和超重匹配受试者（OBS）、T2DM患者（T2D）和接受胰岛素治疗的具有严重胰岛素抵抗的T2DM患者（itT2D）的肌肉活检组织。RNA测序结果显示，除了肌肉形态失调和炎症外，在itT2D患者中，差异表达（DE）基因在与ECM转换和重塑相关的生物过程和通路中大量富集，并且当胰岛素抵抗的严重程度增加时，这一点尤为明显（OBST2DitT2D）。同时，对接受冠状动脉搭桥手术的T2DM患者和非T2DM患者的骨骼肌活检组织切片进行研究发现，与非T2DM患者相比，T2DM患者中胶原蛋白1的沉积增加。由此证实T2DM与骨骼肌生态位变性相关。
为了进一步了解T2DM患者骨骼肌纤维脂肪浸润的细胞机制，研究人员试图用FACS从人类骨骼肌（非T2DM）中分离出FAP。研究人员测试了先前用于分离小鼠FAP的间充质干细胞和FAP标记物，包括PDGFRα、ALCAM（CD）、CD34和THY1（CD90），尽管未从PDGFRα或CD获得信号，但是分离得到了一群CD34+CD56-CD45-CD31-的细胞，其可进一步分为CD34+CD90-和CD34+CD90+两群细胞。对FACS分离的细胞群进行培养并测试其成脂、成纤维和成肌能力，结果发现在适当条件下培养5~10天，两个CD34+细胞群(CD90-和CD90+)可以产生脂肪细胞和胶原/α-平滑肌肌动蛋白表达细胞。根据流式数据还发现FAP（FAPCD90+和FAPCD90-组合）构成了患者来源的人类骨骼肌中单核细胞的主要比例（~40%）的细胞群，同时证明类骨骼肌FAP可能是人类骨骼肌中最具代表性的细胞群，并且可能是纤维-脂肪变性的来源。
那么人类FAP是否具有克隆（祖细胞）潜能，以及这些潜能是否能同时产生脂肪细胞和成纤维细胞呢？实验结果显示，虽然与肌肉干细胞（MuSC）相比，FAP细胞群的克隆潜力大约是其1/4，但在对单个分选的MuSC进行分化时，92%以上的克隆产生Desmin+/MyHC+成肌细胞/肌管，而FAP克隆中则超过72%含有外周脂蛋白1阳性（Perilipin-1+）脂肪细胞和胶原蛋白1阳性（Collagen1+）细胞，剩余为非脂肪生成的Collagen1+成纤维细胞。同时，与MuSC相比，人类FAP在体内的基因表达模式完全不同，并且虽然表现为如MuSC一样的有丝分裂失活，但不同的是FAP激活后则显示出缓慢进入S期的动力学状态。由此提示人类FAP是一个在克隆性和转录水平上都独一无二的细胞群。对人类肌肉进行的单细胞RNA测序也进一步证实了FAP的转录特性，有一群细胞表现出PDGFRA和CD34高度富集、THY1/CD90部分表达、COL1A1强表达，该群体中胶原蛋白、层粘连蛋白和其他基质相关蛋白的高表达与FACS鉴定的FAP群体一致。基于PDGFRAmRNA在分选的FAP中的富集，随后的实验结果证实了PDGF信号是人类FAP细胞命运的关键决定因素，其以牺牲FAP的成脂肪命运为代价而促进具有成纤维潜能的FAP的扩增。将人类FAP暴露于PDGF会增加糖酵解和乳酸产生，而这与FAP的成纤维命运有关。
与此同时，研究人员发现，在FAPCD90-中上调的基因在itT2D中倾向于下调，而在itT2D中上调的基因在FAPCD90+中倾向于上调，由此提示FAPCD90+细胞可能在itT2D肌肉中观察到的纤维-脂肪表型的发展中起核心作用。进一步地分析与实验发现，虽然FAPCD90+细胞在体内处于失活状态，但是与FAPCD90-相比，其进入细胞周期的倾向性增加，而这与其更大的细胞大小有关。由此提示FAPCD90+是FAP群体中的一个祖细胞亚群，为进入细胞周期并进一步激活纤维化做好了准备，而FAPCD90-则倾向于脂肪细胞分化或具有其他基质支持功能。此外，与FAPCD90-相比，体内FAPCD90+中的PDGF信号增加，糖酵解更强，表明FAPCD90+为与糖酵解通量增加相关的ECM产生做好了准备。
最后，研究人员利用患者（有T2DM或没有）的肌肉活检组织进行实验，发现T2DM的肌肉为FAPCD90+的扩增提供了一个舒适的环境，导致了FAPCD90+的聚集及随后的纤维-脂肪变性。那么药物靶向FAPCD90+是否可以防止T2DM患者肌肉中FAP的过度积累呢？答案是肯定的。研究证明几种受体酪氨酸激酶抑制剂能有效减少小鼠FAP增殖，包括尼罗替尼和伊马替尼，而后者与T2DM药物二甲双胍拥有相同的细胞膜转运机制——借助阳离子转运蛋白（SLC22A1/SLC22A3）的作用。基于此，研究人员发现二甲双胍也可以有效抑制FAPCD90+的增殖，并且体外实验中二甲双胍完全阻断了FAPCD90+形成脂肪细胞的能力，并增加了胶原蛋白1的表达，而体内实验表示，T2DM患者经过3个月的二甲双胍治疗可以降低骨骼肌FAP含量，最终减少组织纤维化。
综上所述，本研究发现了人类骨骼肌包含多个转录和功能上不同的FAP群体，其中一个特定的FAP亚群（表达CD90）是T2DM患者中观察到的肌肉纤维-脂肪变性的关键介质，从而为靶向这些细胞提供了机会，最终实现对肌肉健康和功能的保护。
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