玻尿酸除了美容還能喚醒干細(xì)胞？其在肌肉修復(fù)中起重要作用

骨骼肌組織是人體中大的組織之一，其對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)功能有著至關(guān)重要的作用。骨骼肌受損后，有自我恢復(fù)的功能。這包括了靜止的肌肉干細(xì)胞（Muscle stem cells）的激活，免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)與炎癥反應(yīng)等。這種恢復(fù)過程的詳細(xì)機(jī)理，還不為人所知。Nakka et al. 發(fā)現(xiàn)肌肉干細(xì)胞通過JMJD3的去甲基化活性表觀遺傳調(diào)控了透明質(zhì)酸（又名，玻尿酸）的合成，從而克服了損傷環(huán)境中的抑制性炎癥因子的作用，從而退出靜止并啟動(dòng)修復(fù)。

肌肉損傷后，肌肉干細(xì)胞表現(xiàn)出不同水平的表觀遺傳學(xué)改變。而肌肉干細(xì)胞退出靜止（quiescence）則伴隨著組蛋白H3賴氨酸27甲基化（H3K27me3）的全局下調(diào) 【2】。

作者發(fā)現(xiàn)同屬KDM6去甲基化酶蛋白家族的UTX與JMJD3在包括靜止的肌肉干細(xì)胞的各類細(xì)胞類型中廣泛表達(dá)。隨后，構(gòu)建了泰莫西芬（tamoxifen）誘導(dǎo)的Utx或Jmjd3特異性敲除肌肉干細(xì)胞系。通過心臟毒素（cardiotoxin）在上述細(xì)胞系與野生型細(xì)胞中誘發(fā)急性細(xì)胞損傷，觀察其修復(fù)與纖維再生，作者確定了JMJD3在肌肉細(xì)胞纖維再生過程中起重要作用。失去去甲基化酶活的JMJD3無法使得肌肉干細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期，纖維再生能力降低，這與JMJD3敲除細(xì)胞系表型類似。

有趣的是，在未受損傷的肌肉細(xì)胞中，哪怕缺失了JMJD3，肌肉細(xì)胞仍然可以被修復(fù)。而在小鼠實(shí)驗(yàn)中，單側(cè)腿的脛骨前肌受到損失，對(duì)側(cè)腿的肌肉修復(fù)過程在JMJD3敲除條件下也會(huì)被抑制。這說明存在一種可溶性的因子，會(huì)在肌肉細(xì)胞受損后被釋放，并抑制相關(guān)的肌肉修復(fù)過程。而JMJD3的作用是克服該因子的抑制作用，使得肌肉干細(xì)胞重新進(jìn)入周期，開啟修復(fù)。

為了進(jìn)一步闡明JMJD3在細(xì)胞損傷修復(fù)過程中的作用機(jī)理，作者需要回答兩個(gè)問題。一，這種因子是什么？二，JMJD3是如何克服該因子的抑制作用的？作者使用了包括基因探針富集分析（Gene set enrichment analysis），基因組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析等一系列生物信息學(xué)方法，結(jié)合小鼠實(shí)驗(yàn)，回答了上述問題。

作者發(fā)現(xiàn)干擾素γ（interferon- γ）、白細(xì)胞介素6（interleukin-6）在受損肌肉細(xì)胞環(huán)境中得到上調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)證明該兩種因子可以抑制肌肉干細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期。在損傷后微環(huán)境中出現(xiàn)的巨噬細(xì)胞和中心粒細(xì)胞，則有可能是這些炎癥因子的來源 【1、3】。

為了找到JMJD3的調(diào)控對(duì)象，作者設(shè)置了三條篩選標(biāo)準(zhǔn)：1）在JMJD3敲除細(xì)胞系中表達(dá)量下調(diào)，2）啟動(dòng)子2500bp內(nèi)有JMJD3結(jié)合位點(diǎn)，以及3）JMJD3敲除后該基因附近區(qū)域有H3K27me3的富集。有41個(gè)基因滿足上述條件。

基于此，作者特別關(guān)注的是一個(gè)編碼參與透明質(zhì)酸（hyaluronic acid）合成的酶的基因Has2。透明質(zhì)酸是細(xì)胞外基質(zhì)的組成部分，并且參與眾多信號(hào)通路的調(diào)控 【4】。作者發(fā)現(xiàn)損傷后40小時(shí)在野生型細(xì)胞周圍有透明質(zhì)酸包裹，而在JMJD3敲除細(xì)胞系則觀察不到該特征。當(dāng)用化學(xué)抑制劑阻斷透明質(zhì)酸的合成時(shí)，野生型細(xì)胞的損傷修復(fù)也別抑制了。另一方面，在JMJD3敲除型細(xì)胞中加入額外的透明質(zhì)酸，可以誘導(dǎo)其重新進(jìn)入細(xì)胞周期并啟動(dòng)修復(fù)。

綜上，炎癥因子干擾素γ與白細(xì)胞介素6抑制了肌肉干細(xì)胞退出靜止的過程，而Has2依賴JMJD3的去甲基化作用而得到激活，產(chǎn)生的透明質(zhì)酸整合進(jìn)受損細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)中，使得肌肉干細(xì)胞能克服炎癥因子的抑制作用重新進(jìn)入細(xì)胞周期，并啟動(dòng)修復(fù)。