《Nature》研究: NMN合成酶可用于修复损伤肌肉,促进肌肉再生

澳大利亚墨尔本莫纳什大学科学家证实,一种特定的免疫细胞可分泌NAMPT来刺激肌肉干细胞的增殖,使损伤肌肉得到修复和再生。

作者: Dina, 江苏大学,药学院本科

“And what can I say? Mamba out.(我能说什么呢?我的身体告诉我是时候说再见了。)”

这是2016年NBA明星运动员科比·布莱恩特(Kobe Bryant,1978-2020)退役时说的话,引得无数球迷泪奔,台下喊着“One more year(再来一年)!”

图1 科比·布莱恩特在38岁“高龄”结束其传奇的NBA职业生涯

这位NBA球场上的“小飞侠”在最后一战中,曾以38岁“高龄”拿下惊人的60分,以完美的姿态结束了谢幕之战,但终究逃不开所有运动员的噩梦——随年龄增长,肌肉损伤加重和肌肉能力下降,这迫使科比不得不离开赛场。

高龄是一把悬在所有运动员头上等待收割的镰刀。因为无论人体处于什么年龄段,在运动过程中肌肉总是在磨损的。年轻的身体为了保持肌肉鲜活的力量,肌肉干细胞会发挥肌肉再生的能力,修复损伤的肌肉。但随着年龄的增长,这些肌肉干细胞便会逐渐失去肌肉再生的能力。一旦肌肉使用过度或受到损伤,便难以恢复。

使肌肉干细胞重获再生能力是修复肌肉损伤的关键。

图2 位于澳大利亚墨尔本的莫纳什大学

澳大利亚墨尔本莫纳什大学(Monash University)的Ratnayake博士团队在《Nature》(自然)杂志上发表了一篇文章,揭示了触发肌肉干细胞再生以治愈肌肉损伤的一种手段。研究人员发现巨噬细胞(一种免疫细胞,可汇聚在体内损伤或感染部位,以清除碎片并促进愈合)可分泌NMN的合成酶NAMPT(烟酰胺磷酸核糖转移酶)来刺激肌肉干细胞再生,并在严重的肌肉创伤后恢复其运动能力。这一重大发现不仅为频繁肌肉损伤、撕裂的运动员提供了延长职业寿命的希望,也为老年人和患有严重肌肉疾病的人带来了曙光。

图3 《自然》杂志发表研究结果显示,巨噬细胞(一种免疫细胞,可汇聚在体内损伤或感染部位,以清除碎片并促进愈合)可分泌NMN的合成酶NAMPT(烟酰胺磷酸核糖转移酶)来刺激肌肉干细胞再生,并在严重的肌肉创伤后恢复其运动能力

斑马鱼实验:NAMPT可刺激肌肉干细胞再生

研究人员采用斑马鱼作为实验对象,斑马鱼是研究细胞再生的常用模型,具有繁殖速度快、与人类至少有70%的基因共享、身体透明便于观察活体肌肉的再生情况等多种优点。

研究人员观察到,一种特定的巨噬细胞聚集到了斑马鱼肌肉损伤部位,并“拥抱”肌肉干细胞,一旦肌肉干细胞启动增殖和再生,这些巨噬细胞就会继续去“拥抱”下一个肌肉干细胞,启动肌肉干细胞的再生,很快肌肉伤口就会愈合(详见图4)。

图4 巨噬细胞诱导肌肉干细胞再生

研究人员随后确定了巨噬细胞可在肌肉损伤部位分泌一种称为烟酰胺磷酸核糖转移酶 (NAMPT) 的蛋白质。NAMPT是一种对NAD+代谢至关重要的酶,可催化产生烟酰胺单核苷酸 (NMN)。当研究人员通过基因操纵令这些巨噬细胞无法分泌NAMPT时,观察到巨噬细胞“拥抱”肌肉干细胞却无法启动肌肉的再生。然而,将人体分泌的NAMPT添加到斑马鱼鱼缸中时,肌肉再生反应得到了恢复。这表明NAMPT是斑马鱼肌肉再生所必需的。

成年小鼠实验:NAMPT促进肌肉急性损伤小鼠的伤口修复,恢复肌肉结构

研究人员采用股直肌严重损伤的小鼠作为实验对象,分别采用NAMPT水凝胶贴片和对照水凝胶贴片(对照组)对肌肉损伤部位治疗10天,探索人体分泌的NAMPT是否可以促进小鼠肌肉的再生。结果发现,与对照组相比,采用NAMPT水凝胶治疗的小鼠肌肉再生显著增加,肌肉纤维化显著降低,肌肉干细胞总数和增殖再生的肌肉干细胞数量也显著增加(详见图5)。这表明在成年哺乳动物肌肉急性损伤的情况下,补充NAMPT可刺激肌肉伤口修复,使肌肉结构完全恢复。

图5 NAMPT可促进成年肌肉损伤小鼠的肌肉再生

这项研究表明,巨噬细胞可发出肌肉干细胞启动的信号,如NAMPT,来作为骨骼肌损伤和疾病治疗的手段。提供肌肉干细胞再生所需的特定巨噬细胞衍生信号,将为实现更好的基于肌肉干细胞的治疗提供新方向。

此外,NAMPT是一种对NAD+代谢至关重要的酶,其作用通过NMN实现。目前众多研究表明补充NMN可提高体内NAD+含量,从而延缓、改善、防止衰老相关的多种临床体征,或年龄诱导的代谢紊乱、老年疾病等。值得注意的是,NAD+可通过自身水平影响长寿蛋白SIRT1的活性,从而反过来影响包括NAMPT在内的一系列相关蛋白的表达。既往也有研究表明补充NMN可增加线粒体代谢从而改善肌肉功能2;至于具体的机制以及NAMPT在其中发挥的作用,还需要进一步研究。

探索NAMPT以及NMN抑制衰老、肌肉损伤或萎缩等疾病的效果和安全性将为需要保持年轻状态的人们提供更多可能性。或许有一天运动员们不再为职业生涯的短暂而担忧,高龄人士也依然能做着自己年轻时喜欢的运动。NMN等衰老抑制科技或将引领未来,让“永远年轻,永远热泪盈眶”成为每一个人的权力。