骨骼肌特異性microRNA-206在骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞再生過程中的表達(dá)

于新凱 左群

上海體育學(xué)院，運(yùn)動(dòng)健身科技省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海200438）

盡管運(yùn)動(dòng)性骨骼肌損傷 （Exercise-induced Skeletal Muscle Injury）和修復(fù)一直是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn)問題之一，但是骨骼肌損傷后再生修復(fù)過程中的許多機(jī)制性問題并未解決。衛(wèi)星細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了骨骼肌再生研究的飛速發(fā)展。現(xiàn)已證實(shí)，所有哺乳動(dòng)物的骨骼肌都具有再生能力，衛(wèi)星細(xì)胞是肌肉損傷后功能修復(fù)的唯一來源。衛(wèi)星細(xì)胞位于肌細(xì)胞膜與基膜之間，正常生理狀態(tài)下處于靜息狀態(tài)，肌肉損傷時(shí)被激活進(jìn)入分裂期，不斷增殖、融合為肌管，隨后收縮蛋白和調(diào)節(jié)蛋白開始表達(dá)，胞質(zhì)中出現(xiàn)肌原纖維，核移位于細(xì)胞邊緣，分化成為成熟的肌纖維。近年來的研究表明，microRNA可能在衛(wèi)星細(xì)胞的增殖分化過程中起到重要作用。

1 MicroRNA

1993年Lee等［1］發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)非編碼小分子RNA lin-4，2000 年 Reinhart［2，3］在 C.elegans 中發(fā) 現(xiàn)了let-7，并將這類能調(diào)控發(fā)育進(jìn)程的內(nèi)源性單鏈小分子非編碼RNA命名為microRNA。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾百種microRNA中，僅少數(shù)microRNA功能和靶基因得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)［4］。

探明這些microRNAs的功能以及靶mRNA對于人類疾病治療有重要意義。和其他基因相同，MicroRNA也是由基因組編碼和轉(zhuǎn)錄生成。MicroRNA首先轉(zhuǎn)錄生成一種大小在300～1000個(gè)核苷酸的初級microRNA，經(jīng)細(xì)胞核中核糖核酸酶Drosha等剪切后進(jìn)一步生成具有70～100個(gè)核苷酸的前體 microRNA，轉(zhuǎn)運(yùn)至胞漿后在另一種核糖核酸酶Dicer的作用下生成成熟的microRNA，成熟的microRNA長度約為19～22個(gè)核苷酸，其序列在物種間高度保守，目前尚未明確其降解機(jī)制。

MicroRNA通過與相應(yīng)的靶mRNA的3’端非編碼區(qū)域結(jié)合，阻止翻譯的起始或破壞mRNA的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，在調(diào)控生物體正常發(fā)育等生理過程中扮演重要角色。

2 MicroRNA-206的相關(guān)研究

2.1 MicroRNA-206在衛(wèi)星細(xì)胞增殖分化過程中的作用

MicroRNA-206 最 初 是 由 Lagos-Quintana 等［5］在2003年從人和小鼠肌肉組織中克隆鑒定出來的，其長度為22個(gè)核苷酸，編碼基因位于6號染色體。Chen等［6］在2006年通過基因芯片檢測到microRNA-206在骨骼肌細(xì)胞分化成熟過程中表達(dá)增加，且呈現(xiàn)一定的時(shí)空特異性。

Yuasa等［7］觀察了mdx小鼠和心毒素造成損傷的狗脛骨前肌中各種microRNA的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)：microRNA-206表達(dá)顯著提高，而microRNA-1和-133則無顯著性變化；原位雜交結(jié)果顯示microRNA-206位于新生成的中位核的肌管中以及再生的肌纖維中，在變性但完整的肌纖維中則未出現(xiàn)，提示microRNA-206可能具有激活再生和促進(jìn)肌纖維成熟的作用。

John等［8］通過切除協(xié)同肌造成跖肌肥大，發(fā)現(xiàn)對照組無論是跖肌還是比目魚肌中microRNA-206與primary microRNA-206的表達(dá)高度一致，有趣的是比目魚肌中microRNA-206的表達(dá)量是跖肌的7倍，說明microRNA-206可能具有決定不同類型肌纖維的作用。但是在肥大的跖肌中primary microRNA-206的轉(zhuǎn)錄水平提高了18.3倍，而microRNA-206的表達(dá)則沒有明顯的改變。因作者選取的是肥大早期的肌肉，是否在此后的某時(shí)間點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)二者相一致的變化，或者出現(xiàn)快肌向慢肌的轉(zhuǎn)化？需要進(jìn)一步研究探討，如果出現(xiàn)，則說明microRNA-206可能參與調(diào)節(jié)肌纖維類型。

目前已發(fā)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)錄因子能夠激活并促進(jìn)microRNA的轉(zhuǎn)錄過程，例如肌細(xì)胞分化因子（MyoD）能夠促進(jìn)橫紋肌特異性microRNA的表達(dá)，促進(jìn)心肌和骨骼肌的分化發(fā)育。已經(jīng)證實(shí)MyoD可激活骨骼肌的分化，刺激microRNA-206的表達(dá)，Kim等［9］發(fā)現(xiàn)microRNA-206可通過下調(diào)MyoD的抑制因子MyoR等上調(diào)MyoD基因，這種microRNA與生肌轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子之間的正反饋調(diào)節(jié)可使平衡向肌分化方向轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致肌細(xì)胞的永久分化。

Pax7轉(zhuǎn)錄因子是衛(wèi)星細(xì)胞生物合成、存活和自我更新所必需的，在衛(wèi)星細(xì)胞識別、激活上游bHLH轉(zhuǎn)錄因子MyoD家族過程中起到關(guān)鍵作用。大多數(shù)被激活的衛(wèi)星細(xì)胞下調(diào)Pax7、維持MyoD的表達(dá)以進(jìn)入分化階段。Pax7上調(diào)則通過抑制MyoD誘導(dǎo)myogenin 的表達(dá)從而抑制肌肉合成［10，11］。

MicroRNA-206調(diào)節(jié)的直接靶基因包括connexin 43 （CX43）、HDAC4 等。 TGF-β 則與 microRNA-206之間存在相互的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。骨骼肌成肌分化過程中CX43、HDAC4可抑制其特定基因的表達(dá)，microRNA-206通過抑制CX43、HDAC4誘導(dǎo)肌肉特定基因的表達(dá)，該過程可能涉及各種生長因子表達(dá)的上調(diào) （如IGF-I），TGF-β 則通過抑制microRNA-206的表達(dá)來抑制成肌分化，TGF-β使HDAC4表達(dá)升高，隨后肌肉特定基因表達(dá)受到抑制［12-14］。

2.2 運(yùn)動(dòng)與MicroRNA-206的相關(guān)研究

研究［15］發(fā)現(xiàn)：雄性C57Bl/6J小鼠進(jìn)行一次耐力性運(yùn)動(dòng)（15 m/min，90 min）后3小時(shí)，股四頭肌 microRNA-181，-1，-107分別升高 37%、40%和 56%，microRNA-23下降 84%，microRNA-133無變化。microRNA mRNA表達(dá)相關(guān)的Drosha、Dicer和DGCR8無變化，推測microRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)可能參與骨骼肌對耐力性運(yùn)動(dòng)適應(yīng)的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。但遺憾的是作者并未觀察骨骼肌特異性microRNA-206的變化，而且microRNA在運(yùn)動(dòng)后的變化究竟是對運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的適應(yīng)還是由于損傷所導(dǎo)致并不清楚。

10名正常青年男性參與了高胰島素正常葡萄糖鉗夾實(shí)驗(yàn)、急性耐力訓(xùn)練和12周耐力訓(xùn)練［16］，高胰島素正常葡萄糖鉗夾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)股外側(cè)肌中microRNA-1、microRNA-133a、microRNA-133b和 microRNA-206在實(shí)驗(yàn)前后保持穩(wěn)定；急性耐力訓(xùn)練microRNA-1、microRNA-133a訓(xùn)練前升高而不是訓(xùn)練后；12周耐力訓(xùn)練后四種microRNAs均下降。所有myomicroRNAs訓(xùn)練停止后14天均恢復(fù)到訓(xùn)練前水平。結(jié)果提示myomicroRNAs可對生理刺激作出反應(yīng)，但在調(diào)節(jié)人體骨骼肌適應(yīng)中的作用不清。

同化刺激［17］（一次抗阻訓(xùn)練+20克富含亮氨酸的必需氨基酸補(bǔ)充）后，青年男性骨骼肌 primary和成熟microRNA表達(dá)對同化刺激更敏感，老年人則具有更高的基礎(chǔ)primary microRNA表達(dá)，并對同化刺激反應(yīng)失調(diào)（不敏感）。

太空飛行［18］會(huì)導(dǎo)致肌萎縮及向快型肌肉轉(zhuǎn)化，腓腸肌中慢氧化性肌纖維中相關(guān)基因下調(diào)，Myostatin表達(dá)上調(diào)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)microRNA-206顯著下降，可能也說明microRNA-206在調(diào)節(jié)肌纖維類型中具有一定的作用。

運(yùn)動(dòng)與microRNANA-206的相關(guān)研究較少，其具體機(jī)制也有待于進(jìn)一步研究。

2.3 MicroRNA-206與相關(guān)疾病的研究

MicroRNA-1/206在橫紋肌肉瘤RD細(xì)胞系中處于非常低的水平，將microRNA-1/206瞬時(shí)轉(zhuǎn)染入培養(yǎng)的RD細(xì)胞中可導(dǎo)致細(xì)胞生長和遷移的顯著下降。抑制microRNA-1/206功能會(huì)引起細(xì)胞增殖和遷移異常，導(dǎo)致橫紋肌肉瘤的發(fā)生［19］。 Mishra 等［20］證實(shí)microRNA-1/microRNA-206在低分化型橫紋肌肉瘤中喪失表達(dá)，但在成熟骨骼肌中特征性表達(dá)，恢復(fù)成肌分化過程、抑制腫瘤表型，提示microRNA的再表達(dá)療法可能成為阻斷腫瘤基因、抑制腫瘤發(fā)展的新方法。

近年來的一項(xiàng)研究［21］發(fā)現(xiàn)：血液中骨骼肌特異性miRNAs水平在橫紋肌肉瘤患者中較其他腫瘤患者高。該結(jié)果說明循環(huán)中肌肉特異性microRNAs尤其是microRNA-206可作為鑒別界定橫紋肌肉瘤的生物標(biāo)記物，同時(shí)也提示：血液中microRNA-206是否也可作為檢測骨骼肌損傷的特異性標(biāo)記物？

肌肉損傷非常普遍，但是至今仍未建立最有效的療法。有研究［22］在脛骨前肌撕裂傷后損傷部位注射雙鏈 microRNA-1、-133、-206，1 周后發(fā)現(xiàn) microRNAs促進(jìn)了肌肉形態(tài)學(xué)和生理學(xué)再生，有效預(yù)防了纖維化。外源性雙鏈microRNA-1、-133、-206注入 3、7天可誘導(dǎo)成肌標(biāo)志物 MyoD1，myogenin，Pax7 mRNA和蛋白水平的表達(dá)，抑制myostatin的表達(dá)，結(jié)果提示局部注射microRNA-1、-133和-206可能成為治療骨骼肌損傷的新方法。

3 總結(jié)與展望

從已有的研究可以看出：microRNA-206是骨骼肌特異性microRNA，在骨骼肌再生、分化等過程中起著重要作用，但其具體調(diào)節(jié)機(jī)制有待于進(jìn)一步研究，生肌調(diào)節(jié)因子與microRNA-206的相互作用機(jī)理也并未闡明。目前的相關(guān)研究缺乏對正常骨骼肌組織中衛(wèi)星細(xì)胞培養(yǎng)過程中microRNA-206變化的觀察；針對骨骼肌損傷修復(fù)過程中作用和變化的在體研究較少，而有關(guān)運(yùn)動(dòng)性骨骼肌損傷修復(fù)過程中microRNA-206的研究則未見報(bào)道，今后可適當(dāng)關(guān)注。

綜合以上研究，我們總結(jié)了microRNA-206在骨骼肌再生過程中的可能調(diào)控機(jī)制如下圖：

［1］Lee RC，F(xiàn)einbaum RL，Ambros V.The C.elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14.Cell，1993，75（5）：843-854.

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