子豪 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

葡萄糖，一直被认为是细胞增殖的主要能量源，从而能对肌肉修复起到促进作用。

然而，最新研究却发现，低葡萄糖更有利于肌肉修复。

肌肉修复，是通过肌肉干细胞的繁殖来实现的，这种干细胞叫做卫星细胞。

当肌纤维细胞受损时，骨骼肌卫星细胞会进行繁殖，并与肌纤维细胞融合，这对修复肌肉和维持肌肉质量都十分重要。

最新研究表明，在低葡萄糖环境中，骨骼肌卫星细胞的增殖能力更好。

△在高糖和低糖环境下，卫星细胞增殖能力示意图

来自东京都立大学的团队，采用多个指标进行了对比分析。

原代卫星细胞的增殖

研究团队分别使用了两种不同葡萄糖浓度、包含30％FBS（一种取自牛胚胎的血清）的培养基进行实验，高浓度和低浓度值分别为19mM和2mM。

一般来说，人的空腹血糖不高于6.1mM；重度糖尿病患者的血糖水平在11.1mM以上。

通过对原代卫星细胞的增殖情况进行观察和统计，研究人员发现，在培养的第6天，不同葡萄糖浓度下的细胞数量呈现出显著差异：

△在两种葡萄糖培养基中原代卫星细胞的增殖

团队还使用荧光分析，观察Ki67（细胞增殖标志物）阳性细胞所占比例，以及使用免疫印迹法分析Ki67蛋白的表达水平：

△Ki67阳性细胞观察、Ki67蛋白表达的蛋白质印迹

结果显示，二者在低糖环境中的值均高于高糖环境：

△Ki67阳性细胞占比、蛋白质印迹分析结果

此外，利用EdU脉冲追踪测定的结果表明：低葡萄糖培养基中生长的卫星细胞，具有更高的EdU阳性细胞数量。

△EdU +卫星细胞的代表性图像

这些实验数据都指向同一结论：低葡萄糖培养基能促进卫星细胞增殖。

细胞及衍生细胞的活性

由于细胞数量可能受到细胞活力、细胞死亡的影响，于是研究团队使用TUNEL分析法，对卫星细胞凋亡情况进行了评估：

从图中可以看到，凋亡细胞的百分比在低葡萄糖培养基中更低，这表明低葡萄糖能减少细胞损伤，并维持细胞活力。

不仅如此，衍生的成肌细胞在培养后，能融合并表达MHC蛋白，这证明了它们还具有分化能力。

卫星细胞的成肌状态

通过对Pax7（重要转录因子）、MyoD（主要的生肌决定因子）和肌生成素（分化标志）进行标记和观察，研究人员发现：

无论是细胞总数，还是每种成肌状态的细胞数量，在低糖环境中的值都明显更高。

而且，低糖培养基中Pax7+/MyoD-细胞的百分比较高，这表明自我更新的卫星细胞，在体外低糖条件下能更好地存活。

抑制非肌原性细胞的增长

此外，研究人员还观察到，大多数细胞都被非肌肉细胞污染（蓝色），而分化的肌肉细胞的标志——α-肌动蛋白（绿色）只有少量：

在高葡萄糖（19mM）培养基中，最终卫星细胞的培养总是呈现混合物的形式，这是由于样品中其他类型的细胞也在繁殖。

而在低葡萄糖（2mM）培养基中，实现卫星细胞增殖的同时，其他类型的细胞被抑制增殖。

从而为骨骼肌细胞在各种环境中的研究，提供了重要前提——纯净的培养物。

葡萄糖之外的能量来源

研究人员还添加了葡萄糖氧化酶，使培养基达到超低葡萄糖水平（0.1mM），出乎意料的是，卫星细胞仍然能够正常增殖，并且与低葡萄糖培养基的细胞数相近：

这表明卫星细胞增殖有其他能量源。

由于低葡萄糖可能会降低细胞的能量水平，因此生物能量代谢调节的关键分子——AMP激活的蛋白激酶（AMPK），可能在细胞增殖中起了作用。

为此，研究人员进行了实验，结果表明：AMPK的激活在低葡萄糖条件下，不会促进细胞增殖。

因为FBS本身对细胞存活至关重要，由此推断，氨基酸、脂质和乳酸可能是替代能量源。

结论

根据先前的研究，AMPK的卫星细胞特异性缺失，会降低肌肉再生过程中卫星细胞的增殖和成肌能力。

这就意味着，AMPK可能通过响应葡萄糖浓度，促进卫星细胞增殖。

但是实验结果显示，在有限的葡萄糖条件下，AMPK可能不参与促进细胞增殖。

更重要的是，研究表明，在贴壁培养条件下，当葡萄糖浓度高于8mM时，卫星细胞的增殖受到抑制。

因此研究人员认为，糖尿病患者肌肉萎缩，可能就是由高血糖导致的卫星细胞功能障碍引起的。

这一研究对如何维持肌肉健康有重要意义，至于低葡萄糖调节卫星细胞增殖的机制，仍需进一步研究。

参考链接：
[1]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/tmu-lsp033021.php
[2]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7957019/
[3]https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2021.640399/full