帕金森治療有望！科學(xué)家在小鼠四肢中發(fā)現(xiàn)“超快”肌肉纖維
帕金森是一種慢性進(jìn)行性神經(jīng)變性疾病，基底節(jié)多巴胺缺乏導(dǎo)致帕金森典型的運(yùn)動(dòng)癥狀，即運(yùn)動(dòng)遲緩、震顫、強(qiáng)直和后來(lái)的姿勢(shì)不穩(wěn)。帕金森的發(fā)病率和患病率隨年齡增長(zhǎng)而增加，65歲以上人群中1%患有該病，且男性發(fā)病率是女性的2倍[1]。
隨著人口老齡化日趨嚴(yán)重，與年齡有關(guān)的疾病也日益受到關(guān)注。帕金森病例將從2015年的700萬(wàn)增加到2040年的1300萬(wàn)，意味著潛在的“大流行”，將會(huì)給社會(huì)和家庭帶來(lái)巨大的負(fù)擔(dān)。隨著對(duì)帕金森發(fā)病機(jī)制了解的深入，研究人員提出了某些神經(jīng)保護(hù)策略，可能在早期有利于影響疾病進(jìn)展，但結(jié)果并不盡如人意。
了解人體肌肉構(gòu)成是改善神經(jīng)肌肉疾病再生醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵一步，或許未來(lái)可能會(huì)為帕金森帶來(lái)全新的治療選擇。但是很難量化肌肉變化的各個(gè)方面，包括基本細(xì)節(jié)，比如肌肉的哪些部位存在哪些纖維。如今，有科學(xué)家找到了識(shí)別這些纖維的方法。
在動(dòng)物中，有種“超快”肌肉可以像閃電俠那樣快速移動(dòng)，中科院動(dòng)物和北京干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們首次在小鼠腿上發(fā)現(xiàn)了一種新的超快2B型肌纖維亞型，為未來(lái)打破正常人類手臂和腿部運(yùn)動(dòng)的物理速度限制帶來(lái)了希望，或許將來(lái)可以用于帕金森等疾病的治療。相關(guān)研究成果以“Spatial metabolomics reveals skeletal myofiber subtypes”為題，發(fā)表在Science Advances上。
圖1 研究成果（圖源：[2]）
肌肉由慢肌纖維和快肌纖維組成，慢肌纖維產(chǎn)生較小的肌肉收縮，更耐疲勞，而快肌纖維在較短的爆發(fā)中產(chǎn)生較大的收縮。有研究表明，重復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致肌纖維類型發(fā)生轉(zhuǎn)換，科學(xué)家們據(jù)此推測(cè)如果使用正確的技術(shù)，或許可以發(fā)現(xiàn)中間類型，模糊慢肌纖維和快肌纖維之間的界限。
在這項(xiàng)研究中，研究人員結(jié)合質(zhì)譜成像（MSI）和液相色譜質(zhì)譜（LC-MS）的優(yōu)勢(shì)，對(duì)慢肌纖維和快肌纖維進(jìn)行高空間分辨率代謝組學(xué)分析。骨骼肌由四種不同代謝特征的肌纖維亞型組成，由于肌肉結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、肌纖維的代謝異質(zhì)性、單個(gè)肌纖維細(xì)胞的大小足以提供超過(guò)檢測(cè)極限的代謝物為代謝組學(xué)分析提供了豐富的信息，因此其可以作為高空間分辨率代謝組學(xué)的理想模型。
研究人員通過(guò)基于LC-MS的代謝組學(xué)分析在交叉驗(yàn)證后展示了慢肌和快肌肌纖維的代謝組學(xué)分析，MSI和LC-MS相結(jié)合，產(chǎn)生了更可靠的空間代謝組學(xué)結(jié)果。此外，通過(guò)小鼠縱向肌肉冷凍切片獲得了高空間分辨率肌纖維MS圖像，從而增加了每個(gè)肌纖維的橫截面積，進(jìn)而增加了離子豐度。利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研究人員成功表征了肌纖維亞型的代謝特征，并在小鼠腿部肌肉內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種罕見的新肌纖維亞型（2B mitohigh肌纖維）。
圖2 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)顯示2B mitohigh肌纖維具有EOM的特性（圖源：[2]）
為了了解2B mitohigh肌纖維的特性，研究人員使用PCA可視化了其轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其富含Myh13、Myh8、Chrna2、 Acadl、 Ldhb等、肌動(dòng)蛋白、神經(jīng)肌肉及代謝相關(guān)基因，這些特征與眼外肌（EOM）類似。EOM通過(guò)代謝、收縮和結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)視覺(jué)系統(tǒng)精確定位和快速跟蹤等復(fù)雜的高度特化運(yùn)動(dòng)，具有抗疲勞且超快收縮的特性。研究人員對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)2B mitohigh肌纖維與EOM的抗疲勞代謝特性一致。
綜上，通過(guò)該項(xiàng)研究，利用MSI和LC-MS相結(jié)合的方式，產(chǎn)生了可靠的空間代謝組學(xué)結(jié)果。經(jīng)過(guò)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種類似EOM的超快肌肉纖維——2B mitohigh肌纖維。同時(shí)，也為利用高分辨率空間代謝組學(xué)與空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合的方式，去發(fā)現(xiàn)更多肌纖維和其他細(xì)胞類型的代謝亞型。
肌纖維的代謝組學(xué)分析將提高我們對(duì)所有肌纖維亞型及其與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)、肌肉減少癥、惡病質(zhì)、肌肉萎縮和肌肉相關(guān)代謝疾病之間關(guān)系的分子理解，進(jìn)而有可能為基本生物過(guò)程和疾病狀態(tài)的代謝調(diào)節(jié)提供重要的見解，或許有一天，可以為帕金森的治療帶來(lái)嶄新的希望。
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