迄今最完整肌肉衰老过程单细胞图谱绘制揭秘“绊倒”老人的“幕后黑手”

2024-05-16 17:38:05 来源：科技日报

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随着年龄的增长，很多老年人都会经历突然的摔倒。年轻人摔一跤可能没什么大碍，但对老年人来说却可能造成严重后果，甚至危及生命。这背后隐藏着老龄化过程中肌肉逐渐退化的问题。

日前，杭州华大生命科学研究院联合西班牙庞培法布拉大学、广东药科大学第一附属医院、阿尔托斯实验室、中国科学院广州生物医药与健康研究院、广州医科大学附属第五医院等国内外研究团队，发布了一个涵盖不同性别和年龄人群的骨骼肌多模态单细胞图谱，揭示了肌肉老化的奥秘。这也是迄今最完整的肌肉衰老过程单细胞图谱。相关研究成果发表在《自然》杂志上。

肌肉是身体的重要组成部分，支撑着人体的每一个动作。但随着年龄增长，肌肉功能会逐渐下降，这一过程被医学界称为肌肉衰老。肌肉就像橡皮筋一样，会随着年龄增加从富有弹性逐渐变得松弛脆弱。

本研究深入分析了不同性别和年龄人群队列的下肢肌肉活检样本中的387000多个细胞/细胞核，详细描述了细胞群体在衰老过程中的变化，发现了老年人群中新出现的细胞群体，并揭示这些变化背后的细胞特异性特征和多细胞间网络互动特性。研究人员发现，随着年龄增长，一些关键肌肉细胞开始逐渐消失，特别是那些支持快速和力量活动的肌肉细胞。这些细胞的减少直接影响到老年人的运动能力，增加了他们摔倒的风险。

根据收缩特性和代谢特性，肌肉中的肌纤维被分为慢速肌纤维和快速肌纤维。研究人员介绍，前者像个耐力选手，变化较慢，适应力较强，主要负责耐力型活动，如长时间行走或骑自行车。而后者则像爆发型选手，它们响应迅速，但也更容易疲劳，主要参与短暂而有爆发性的活动，比如短跑或跳高。

研究发现，快速肌纤维会随年龄增加逐渐减少，而慢速肌纤维则相对稳定。对此，研究人员构建了快速和慢速肌纤维退变的分子路径，找到了两种肌纤维退变机制的差异。他们发现，慢速肌纤维退变较为缓慢，而快速肌纤维退变较为迅速。这说明慢速肌纤维面对衰老的应激具有较好耐受能力。这些变化代表了身体对衰老的一种自我调节机制。研究人员解释，人的身体试图通过保留更多耐力型肌纤维来应对老化带来的挑战，但这些变化也可能是导致肌少症的潜在因素。

随着年龄增长，肌肉中会出现一些新的肌纤维群体。这些肌纤维在年轻人中几乎看不到，却在老年人中逐渐增多，比如修复型和退变型肌纤维亚型等。它们有一部分可能是肌纤维中率先衰老的群体，也可能是身体为了抵抗老化特别“培养”的“士兵”，能在老年人身体中发挥特殊保护作用，帮助维持肌肉功能，减缓衰老过程。

肌肉中还含有一种神奇的肌肉干细胞，它在人成年后便处于静止状态，但在肌肉受到损伤时会被激活，退出静止状态，开始增殖分化为肌细胞，以修复受损肌肉。然而，修复能力较强的静息态肌肉干细胞在肌肉衰老过程中逐步减少，且呈现出持续性激活特征，最终导致它们无法有效增殖和分化以修复受损肌肉。这可能是衰老过程中肌肉干细胞耗竭的机制之一。

研究团队发现，内皮细胞在衰老过程中发生了明显改变，促炎和趋化信号增加，免疫细胞数量增多并启动炎症程序。这些变化表明，衰老后的肌肉在遭受损伤时更难修复，并可能促进全身性炎症和加速老年人整体身体功能衰退。

杭州华大生命科学研究院副研究员赖毅维说：“我们的研究为理解人类衰老提供了新视角，并为开发针对肌肉衰老的预防和治疗策略提供了科学依据。”

本研究从细胞和分子层面，为诊断老年性肌萎缩提供了一个量化标准。研究者可将患者肌肉样本里的细胞或分子特征对应到肌肉衰老过程单细胞图谱，即可量化其肌肉衰老程度。同时，研究发现的衰老过程中出现的细胞亚型，或许可以为未来靶向性治疗老年性肌萎缩提供科学依据，从而为逆转肌肉衰老提供可能。