肌纤维多样性调控机制Word文档下载推荐.docx
《肌纤维多样性调控机制Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肌纤维多样性调控机制Word文档下载推荐.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
不同肌肉内不同纤维类型组成因空间组织结构和对他们对肌肉活动奉献大小各异，而且即便是特定肌肉也会因不同物种而存在不同[1）。
因此,骨骼肌的发育引出以下问题：
发育进程中是肌肉纤维多样性如何调控的和进化进程中这些特定的肌肉多样性又是如何选择性改变的。
为了说明这些问题，有必要取得用来决定进展进程的代表性分子标记。
初步假设,若是咱们能概念了发育关键步骤中特定的调剂基因，就能够明白得操纵这一进程的的决策机制。
尽管如此的一个方式潜在要求确实是无可幸免的去寻求操纵阀,可是在过去的5年已经取得了相当大的进步，专门在分子水平上的概念了这一问题而且在细胞生物学水平上给出了识别特异肌纤维的方式。
2肌纤维多样性的分子基础
具有收缩性结构的组成部份是肌纤维类型最典型的代表性标记。
利用不同基因产物产生收缩结构，从而反映了不同骨骼肌收缩特性的不同性[4]。
8种定位良好的多基因族对肌末节（收缩单位）要紧组成部份有重要作用。
他们别离是肌球蛋白重链（MHC）,碱性肌球蛋白轻链（MLC）,调剂MLC，肌动蛋白，原肌球蛋白（TM），肌钙蛋白亚基（TnC），抑制亚基（TnI）和原肌球蛋白结合亚基（TnT）。
除肌动蛋白外其他类型都专一为快收缩和慢收缩肌纤维编码蛋白质（见表1）。
另外，MHC多基因家族编码至少三种，可能五种与不同类型成肌纤维相关的快收缩纤维亚型[5]（见表1）。
表1.不同成体骨骼肌收缩蛋白亚型a
基因家族
骨骼肌
慢
快
MHCMHC
S
F2A，F2B，F2X，FEO，FSF
AlkMLC
1Sa，1Sb
1F，3F
RegMLC
2S，2S,
2F
Actin
αsk
Tropomyosin
β，αS
β，αF
TroponinC
F
TroponinI
TroponinT
a快缩型MHC基因的5种亚型，只有F2A，F2B和FEO在分子基础上概念了，F2A，F2B因在快肌纤维内表达而得名。
FEO在成体肌膜外发觉。
F2X在抗体分析和蛋白分析基础上命名。
FSF在鄂肌表达超速收缩性能和抗体分析和蛋白分析基础上命名
在所有的收缩蛋白中，大多数研究集中在MHC。
这在某种程度上反映了肌纤维收缩速度和MHC组成ATP酶活性的紧密相关性[6]。
说明MHC亚型表达和肌纤维生理存在直接的因果关系。
针对MHC亚型特异性的抗体和DNA探针被利用来追踪肌纤维决定步骤。
已经证明,成体慢型MHC的在初期胚胎中检测到，而快收缩MHC在胚胎期通常没有[7]。
但是已经发觉，两种MHC亚型（emb和neo）领先成体快收缩亚型表达[7]。
因此,从一个胚胎学的观点来看，仅存在三种MHC标记存在（或与成体亚型表达相关）：
slow，emb和neo.
最近几年来，系统性的cDNA克隆和编码所有具有收缩性的结构基因大体完成[8]。
除收缩性结构外，肌浆网中Ca2-ATP酶也被产生快慢亚型的对基因族所编码[9]。
由于标记的可信性，使各类各样的快收缩和慢收缩纤维标记活性化来表述肌肉发育成为可能。
3肌肉组织胚胎学
骨骼肌纤维是由临时独立的的成肌细胞融合物组成的多核肌管组成成熟后成为肌纤维[1]。
在鸟类和齧齿类动物的四肢，第一层成肌细胞融合物形成低级的肌管，肌管开始形成于肌群割裂为独立的肌肉之前[10]。
次级肌管形成开始于低级肌管形成后，这些次级肌管紧密相接且与低级肌管相对[10,11]。
在人类还存在第三级成肌细胞融合物，形成三联管[12]。
重要部份工作是致力于成立低级肌管和次级肌管与他们的最终命运的关系[10,11]。
图1简易图解了发育中的小鼠肢体低级和次级肌纤维MHC亚型表达的命运。
就低级肌管而论第一MHC基因表达编译MHCemb,而在成熟时并非表达。
随后另两种MHCneo和MHCslow亚型在除去比目鱼肌外所有低级肌管进行表达（表1）。
除比目鱼肌外，第一关键步骤与相互排斥的MHCneo或MHCslow继续表达有关，这也与最终形成快或慢收缩性肌纤维步骤相对应，然后快系肌纤维表达决定成体MHC类型。
与之相反，在MHCslow表达决定之前，次级肌小管先增进MHCemb+neo的表达。
这标志着此决定与肌纤维命运的相关性，随后这些对MHCemb+neo限制性表达的纤维决定成体快缩MHC亚型（表1）。
以往咱们以为MHCemb和neo是快系胚胎期的亚型[7]。
这可能反映了MHCemb，neo和adultfast基因染色体连锁,而MHCslow位于一个独立的染色体上[5]。
这二者之间的联系之因此引发相当大的关注，是因为它独特的MHC基因家庭和这种基因结构所可能反映的基因顺序表达[13]。
低级肌小管次级肌小管
embemb
embembemb
slowneoneo
embembemb
slow
slowslowF2AF2BF2XslowF2AF2BF2X
图表1.哺乳动物四肢发育时期MHC亚型表达肌小管命运简易图解
体内低级和次级肌小管初期表型不可预测其在成体的纤维表型（表1）。
因此很明显，涉及MHCneoorslow表达的决定可能是决定纤维的命运关键的一步。
目前，很少有数据关注MHC表达的快肌纤维后期散布。
和可能，此步骤可能会耦合感应到纤维表达MHC的F2B亚型所需能量代谢中的糖酵解作用。
LaFrambiose等（3）人发觉老鼠隔膜遵循这一进程。
他们发觉表达MHC2A或2B的大多数成肌纤维曾表达过MHC2x。
另外，许多纤维会短暂表达MHC2B。
这些数听说明特定肌纤维中成体MHC快型最终表达选择比表1说明的要复杂得多。
咱们尝试着说明肌纤维多样性集中决定MHCfast或slow的机制，至少有部份缘故是由于适宜试剂的可用性，部份由于肌肉功能中MHC分子的重要作用。
大体上依照快与慢肌纤维决定，提出了这两种截然不同的观点。
4成肌细胞预决定
20世纪70年代中期，Hauschka和他的同事第一次证明成肌细胞是不相同的。
在不同的细胞培育条件下，证明了雏鸡胚胎期和胎儿期成肌细胞可依照培育基类型划分为不同类型[14]。
培育基可依照培育中形成的肌小管形态分为两种[14]。
最新研究将肌纤维分为成纤维细胞生长因子依托性和非依托性两种[15]。
通过分辨不同成肌细胞类型不可幸免的让咱们想到不同成肌细胞预决定各自将要形成的肌纤维类型。
肌纤维多样性预决定的大体模型：
1）由单一成肌细胞培育繁衍割裂而来的每一个肌小管起初是同一纤维类型，2）体外观看到的不同成肌细胞与体内相关的纤维类型是一致的，3）成肌细胞表型可完全预测最终成体肌纤维类型。
这一模型应用MHC抗体经体内外在鸟类和哺乳动物成肌细胞和肌小管取得检测。
Miller和Stockdale证明雏鸡胚胎期成肌细胞可依照不同类型的MHC表达分化形成的肌小管类型分成两类：
一类仅表达MHCfast，另一种表达MHCfast和MHCslow（SM1和SM2亚型）。
与此对照，胎儿期成肌细胞初期表达MHCfast，随时刻延后也表达SM1。
MHCfast抗体检测到的基因产物数量未知，致使无法与哺乳动物进行对照。
可是，雏鸡如此多的成肌细胞类型反映了后肢内各自肌小管类型的多样性而且这些成肌细胞稳固遗传[17]。
因此在那时已经能够证明与体内观看到得MHC表型与在四肢成肌细胞类型的存在的一一对应关系，可是却未能成立这些成肌细胞类型与及成体纤维类型之间的关系。
在发育中的啮齿动物上开展类似研究取得了较简单的结论。
Cossu及其同事[18]观看到胚胎期小鼠成肌细胞培育（低级肌小管形成）可表达MHCemb和slow，胎儿期小鼠成肌细胞（次级肌小管形成）只表达MHCemb[18]，而且胚胎期小鼠成肌细胞形成小的肌小管，胎儿期形成肌小管较大。
由于这两种类型的成肌细胞不能产生表达MHCneo的肌小管，而不能说明体内观看到的MHC表型（表1）。
只是在胚胎期非胎儿期观看到的MHCslow至少部份说明，不同成肌细胞的某些MHC表达方向是遗传性的。
由于培育进程中肌小管指示MHC表达的决定点，因此最终并未得出这些成肌细胞对决定成体纤维表型的作用（表1）。
因此，极可能是不同类型成肌细胞对体内低级肌小管形成产生了可见不同。
可是并无直接证听说明这些不同的成肌细胞群决定了成体纤维类型。
大多数情形下，这些不同的成肌细胞来源于不同年龄时期的动物和不同部位的肌肉。
因此，成肌细胞不同性将启发咱们不同微环境对成肌细胞性能的阻碍多过对成体纤维类型的预决定。
这也暗示了依托性与非依托性成纤维细胞生长因子的存在可能是需要自主调剂不同的成肌细胞群而非单单静止的、增殖或融合形成的肌小管[15]。
5初期快慢亚型表达非和谐
通过度析其他成体肌纤维类型标记表达，以为环境因素可能在决定纤维类型上的起到重要作用。
Kaprielian和Fambrough[9]观看到胚胎期和胎儿期成肌细胞克隆培育可同时表达肌浆网膜Ca2-ATP酶快，慢亚型。
尽管低级肌小管体内偏重表达慢亚型，可是次级肌小管表达相似水平的快慢两种亚型。
这种结果从全然上与利用MHC抗体取得的有所不同，也不能判定最终纤维类型命运。
取得的结论是特定纤维类型Ca2-ATP酶亚型限制性表达在低级和次级肌小管并非预先操纵的，而是操纵纤维成熟的。
最好的说明确实是一些环境阻碍胚胎后期Ca2-ATP酶特异性纤维沉淀表达[9]。
尽管MHC和Ca2-ATP酶亚型在发育雏鸡体内的表达不相一致，有一点能够以为所有快，慢缩蛋白亚型一旦形成功能单位将在调控中起到协同作用。
研究说明了MLCs和Tm’s快，慢缩亚型表达，可是快缩亚型表达占优势[19,20]。
以这些结果为基础加上在鹌鹑细胞探测的TnCs和TnTmRNA，Hastings和Emerson提出最初所有亚型都会表达，发育进程中由于快慢肌基因协同抑制致使特化作用的产生。
忽略对所有收缩蛋白的综合分析，判定所有基因家族整体调控是不是会发生是不太可能的。
发育中的小鼠和人类四肢肌收缩蛋白亚型表达于近日检测到[22]。
Sutherland等[22]分析初期发育中快，慢亚型mRNA含量上的和谐程度。
单纯从收缩蛋白基因表达的数量和谐来预测：
在发育的特殊时期，若是某一快型基因表达占成体水平30%，那么其他快型基因表达量也是其成体水平的30%。
这一模式将成体纤维作为标准预测和谐数量亚型基因表达。
发此刻体内低级肌小管不含有快慢亚型mRNA水平上的数量和谐。
却发觉有一些快，慢，和心肌亚型的表达。
次级肌小管形成与小鼠和人类四肢偏重快缩亚型表达的成对应关系，这预示着每一个收缩蛋白基因有其自身唯一的mRNA积存的决定因素[22]。
结论是这些结果与成肌细胞规定快，慢缩蛋白不相容。
也有观点以为四肢发育后期一些环境因素的阻碍和谐抽缩蛋白基因表达[22]。
快慢收缩蛋白基因和谐表达进程也存在严峻问题。
肌细胞生成初期若是一系列亚型都表达，那么收缩蛋白之间表达量是如何维持的呢？
蛋白成份在肌小管结构内是严格组装的[23]，Drosophila最新研究说明肌动蛋白与肌球蛋白分解比例严峻扰乱肌小管的结构[24]。
分析培育的和胎儿期的人类肌小管和成体骨骼肌为解决这一问题提供了一条可能方式[25]。
咱们发觉肌细胞生成自始至终mRNA积存水平并未对快慢亚型进行和谐调控，可是去发觉每一个基因家族在培育的肌小管，胎儿期肌小管，和成体骨骼肌三种状态下总mRNA积存量相似。
这一点与要紧调控每一个基因家族mRNA总表达量的收缩蛋白量的维持相匹配。
这说明，基因家族内存在个别独立的亚型相关mRNA表达量的和谐机制[25],和一个和谐亚型表达机制[22]。
6甲状腺激素阻碍肌纤维成熟
阻碍肌纤维类型的环境因素要紧有两方面:
激素作用和神经支配。
有多篇文献以为不同激素的代谢产物对骨骼肌有阻碍[26]，可是只有甲状腺激素与纤维类型成熟速度有关。
侏儒小鼠和激素注射研究方式都说明MHCneo到MHCadultfast基因表达的转换受甲状腺激素的阻碍[27]。
专门说明，甲状腺激素的消失会明显减弱此种转换。
相反，甲状腺激素的准确操纵能够加速这种转换，而且这种增进作用独立于神经支配，这一点也说明了甲状腺激素对肌肉的直接作用[28]。
另外，Izumo等[29]观看MHC亚型在成年鼠表达时对甲状腺激素灵敏性，但是他们发觉相同MHC基因在不同肌肉对甲状腺激素截然不同。
因此以为甲状腺激素对纤维类型有利的说法不太靠得住，可是确实在肌肉以一种特殊方式阻碍和调剂MHC亚型成熟表达。
7肌纤维表型神经元操纵
与甲状腺激素相较，有强有力的证听说明神经支配决定纤维类型中的作用。
Buller等[30]的经典研究揭露转换一条神经性慢收缩肌到一条由神经支配的快收缩肌，将致使肌肉转换为慢表型。
反向实验也将一慢收缩肌转变成快表型肌。
随后的研究说明这种结果至少部份说明了快慢神经的不同神经冲动样式[31]。
Salviati等[32]报导慢肌纤维的快神经持续作用的慢肌纤维的神经支配将致使位于终端的由快神经组成的MHCadultfast减少。
这些实验充分证明了神经支配在决定肌纤维类型上的指导作用。
肌肉再生作为实验体系也被用来检测肌肉纤维类型的决定因子。
在成体骨骼肌，发觉靠近每条肌纤维肌纤维膜内存在单核卫星细胞。
当肌纤维损伤时，这些卫星细胞迅速增殖，依照损伤严峻程度要么融合进入肌纤维，要么形成新的完整的肌纤维。
当整块肌肉再生完全时将表现出初始的纤维表型[33]。
在此体系下，特定纤维信息已知，且快或慢成体肌本质上均匀一致可用来分析其决定进程。
对照神经参与否的肌肉再生，发觉快,慢MHC亚型反映性存在区别。
当没有神经参与慢肌纤维再生时，MHCaduItfast表达，而有神经参与时，MHCslow成为仅有的表达亚型[34]。
与估量结果相同，快肌纤维表达MHCaduItfast无需神经参与，可是神经不参与时MHCneo淘汰率并非完全[35]。
这说明神经参与可能阻碍MHCslow表达能力和MHCneo向MHCaduItfast转换，可是体内MHCaduItfast表达无需神经参与[36]。
体外神经参与MHCaduItfast反映并非依托于神经反映性的肌肉收缩。
因此，神经可能在细胞培育中为开启MHCaduItfast表达起到提供营养的作用，而这些营养一样也能够通过体内无神经来源物质而来。
肌肉再生中神经关于调控MHC亚型表达的能力受肌肉原始胚胎的阻碍。
Hoh和Hughes将颚肌移植到四肢的快肌或慢肌肌床上，使其在该肌床的适宜神经参与下进行再生。
颚肌正常表达在四肢快慢肌上可不能表达的MHCsuperfast亚型。
研究发觉再生颚肌受四肢快神经支配表达MHCsuperfast，而非MHCadultfast,可是慢神经最初感受表达MHCsuperfast和MHCslow，随时刻仅有MHCslow取得保留。
这说明纤维命运受一些颚肌独特的性能阻碍，比如成肌细胞或细胞外基质的性质。
与四肢肌肉相较，颚肌具有特有的胚胎起源[2]，这可能也反映了体节内外成肌细胞存在全然区别的缘故。
神经支配对纤维类型决定的作用在发育进程中也取得了检测。
Weydert等[37]观看到当MHCemb和MHCF2B消失并非是由于肌肉层的神经参与的结果。
生长期小鼠和雏鸡上的研究证明尽管MHCslowzai某些肌小管内表达灵敏，可是低级肌小管初期表达的MHCemb和slow并非全数由于神经参与，但是低级肌小管内慢性表达的维持专门大程度上依托于神经支配[11,38,39]。
因此，这些研究加倍强了神经对MHCslow表达的操纵作用。
8肌纤维多样性复合机制
成肌细胞预决定和神经支配可能关于成立横纹肌表型中起到互补作用（表2）。
有一点能够确信的是，新生肌小管MHC亚型表达融合进程中受成肌细胞类型的阻碍。
因此，本质上，啮齿动物成肌细胞可产生表达MHCemb和slow的肌小管，而单一的环境因素阻碍MHCneo的表达。
次级肌小管用来表达MHCemb（并非MHCslow），而MHCneo表达受控于环境。
一旦MHCslow表达开始，需要神经输入来维持，而这一点阻碍是真正有指导意义的。
而神经输入停止，MHCneo和adultfast可能就会表达，可是似乎这一进程尚需环境因素的阻碍。
与肌肉再生有关的卫星细胞类似次级肌小管，有表达MHCemb而非MHCslow的偏向。
这些细胞需要神经输入来选择MHCslow，次级肌小管也是如此。
因此，MHC表达基础上成肌纤维为表型的成立反映了神经阻碍与肌小管初期决定向叠加的原理。
尽管神经支配的准确本质尚不清楚，可是极可能在于提供营养因子或阻碍肌肉收缩能力。
由于研究数据欠缺，其他肌纤维收缩蛋白亚型的特殊表达的发生仍是很复杂的问题。
可是，来自小鼠和人类亚型表达的近期研究可给出一个可能的说明[22]。
在人类和小鼠体内低级肌小管和体外人类卫星成肌细胞优先表达某些分化初期表达的亚型[22,25]，而且这些优先表达的亚型均自心脏，并非在成体骨骼肌内高水平表达。
因此，肌小管收缩蛋白亚型初期表达顺应遗传规律，即纤维命运独立。
需考虑到纤维命运的某些亚型初期重载和亚型数量的和谐表达，正如成体纤维内发觉的那样只有在初期进程按计划进行时才可发生。
除收缩蛋白亚型调控外，研究证明存在另一种区别先分类型的调控机制。
Sutrave等[40]观看到鼠类MSV病毒致使的c-ski致癌基因缩短结构的引入与后肢（非隔膜的）F2B和F2x纤维选择性肥大相一致。
某些类型的纤维肥大感应或排斥是由于MSV致使的纤维特异性随意表达或缩短的c-ski致癌基因特异性翻译的结果。
因此，依据转换因子的激活表达参与将纤维种类进行分门别类而非仅划分为快慢收缩类型。
另外，由于不同肌纤维床大小不同，也能够依照纤维对引发细胞生长或肥大的因素的不同反映能力不同性进行分类[1]。
尽管对缩短的c-ski致癌基因耐受的小鼠可不能直接表达，但通过纤维类型转基因高水平表达与特异性肥大结果一致，证明类似c-ski的因子会参与生长信号传递。
图表2.发育进程中MHC亚型表达和肌小管再生多重调控机制（源自雏鸡，小鼠，和大鼠研究结论）
9肌肉基因表达复合机制
许多生物学家研究肌肉的最终目标是去识别直接负责调控发育中肌肉特定基因的分子物质。
假设，咱们明白每一个编码特定类型纤维基因转录的操纵因子，咱们就能够够在基因调控水平上说明决定步骤。
专门说明一点，关于成体肌内存在协同调控快慢亚型基因的因子存在尚有疑心。
多个实验室研究工作开始了拆分转录调控肌肉激活子基因，但到目前为止尚未取得有关纤维类型决定的适用信息。
但是有效数听说明这与多重机制有关。
MyoD基因族与肌肉特定基因表达紧密相关[42]。
MyoD相关基因编码非肌性细胞内的可一路肌肉特定蛋白表达的调控蛋白[41,42]。
这些调控基因家族被以为是编码肌肉决定基因的候选基因，已成为综述的要紧对象[41,42]，同时也是决定不同肌小管群特定类型纤维性质的候选基因。
可是比较细胞培育中不同成肌细胞不同MyoD家族成员与MHC亚型表达并未发觉清楚的联系[43]。
另外，包括MyoD的限制位点的基因并非以特定纤维的方式进行表达[41,42]。
与此同时，MyoD基因家族的作用在于联系肌肉特定基因表达的初期激活和维持。
检测肌肉特定基因转录操纵区域是相当复杂的[8]。
肌肉肌酸激酶a-actin,a5k-actin,MLC1/3f,TnT,和TnIf激活子被认真研究，提出了多重限制位点反式作用因子的异相排列[8,44]。
大多数研究利用培育中的细胞来识别调控基因转录因子，细胞培育识别因子准确反映程度上存在以下潜在的问题：
1）内源基因活性2）因子体内作用，例如αca和αsk肌动蛋白激活子转入C2成肌细胞结尾起到相同作用，而内源基因表达了超级不同的水平[45]。
调控基因决定区或检测本身缺少将致使相应的转载基因和内源性基因失去活动能力。
另外，研究发觉细胞培育中并非重要的肌肉肌酸激酶基因区域却对转基因小鼠高水平表达超级重要[46]。
最后，培育中的细胞基因转载可专门好的明确新生肌小管内基因初期表达相关的区域。
细胞培育中对特定纤维类型检测的缺少，有必要利用转基因小鼠来揭露相应的调控序列。
这种情形下，Hastings等[47]证明转基因小鼠中导入编码特定纤维类型蛋白（TnIf）的编码基因，可适当调控表达进程。
同时也证明了该方式的可行性，可是很显然通过度析碱基对来划定特定纤维调控区域有些不切实际。
小鼠细胞培育鉴定出的调控区域可用来探测生物功能。
尽管这对快速鉴定特定纤维调控区域很有效途，可是细胞培育鉴定出的特定纤维调控区域在完整动物个体特定纤维决按时并非起作用的要挟可能存在。
除转录水平调控外，基因亚型多样性的产生也可通过一些基因家族的选择性剪切来调控。
例如，成肌细胞内编码β-Tm，α-Tmf和α-Tms基因的选择性剪切和非肌性细胞产生非肌性Tm，s[48]。
因此，肌肉Tm，s诱导与RNA加工进程中三个基因选择性改变有关，每一个基因独立调控是单一因素的调控作用不太可能[49]。
TnTc,TnTf和TnTs选择性剪切的TnT基因家族认知复杂性更进一步。
TnTc和TnTs基因各自只检测到两种选择性剪切形式，而TnTf基因却可产生64种不同蛋白[50]。
由于发育进程中TnTf不同蛋白受调控方式不同，因此必然存在如此一种用来分辨剪切方式以产生不同TnTfmRNA的机制。
多层次上熟悉肌肉基因表达调控由此产生。
Buckingham和他的同事[51]以为编码MHC亚型的基因转录水平与相应mRNA水平并非完全一致。
这说明转录进程中，mRNA转移或mRNA稳固性受到不同形式的调控，另外证听说明收缩蛋白调控也可发生在翻译或蛋白翻转进程中[52,53]，很显然，不同收缩蛋白亚型表达调控存在多重机制。
面临的挑战是说明亚型表达分子调控对纤维类型决定的诱导作用。
10前景
关于这一问题，决定肌纤维类型的特定机制在于成体骨骼肌纤维固有的灵活性[31]。
在咱们看来，在发育进程中，不同机制对不同时刻段快和慢肌纤维的直接表达起到相关作用。
问题在于观看初期肌肉分化时的快与慢亚型的数量和谐基因表达，排除与之相关的着手与分化初期的快，慢基因调控这一简易模式。
尽管纤维类型调控方式仍然存在可行性及
升级会员 