骨骼肌是由高度分化的多核肌纖維構成的特殊組織類型，能夠收縮產生力量和運動。成體骨骼肌細胞永久失去有絲分裂能力，因此臨床常見的多種骨骼肌原發及繼發性損傷多為不可逆性病變。特別是失神經支配后，肌肉會逐漸發生變性、萎縮、纖維化、失去收縮功能。即使后來神經能再生，其功能恢復亦不理想，最終可導致軀體運動功能喪失，使傷者往往喪失勞動能力，不僅影響自身的生存質量，還會給家庭和社會帶來沉重的負擔[1].成體骨骼肌的再生和修復主要依賴于附著在肌纖維上的一類特殊的單核細胞亞群，即衛星細胞。深入探索衛星細胞在增殖和分化方面的生物學特性，對于解釋多種肌肉病變特別是失神經后肌萎縮的可能發病機制和尋找有效的治療方式具有重大意義。本文擬從衛星細胞的表面分子標志物、失神經支配后增殖和分化的變化及體內外各種因素對其增殖分化的影響等方面做一綜述。

1 衛星細胞概述

衛星細胞緊密附著于成熟肌纖維，特異性地位于肌纖維基底膜與肌膜之間[2],正常情況下處于靜息狀態，在肌肉發生損傷時可被激活，進而增殖和分化，形成具有融合性的肌母細胞。肌母細胞可與已有肌纖維融合，也可互相融合，使肌肉完全再生[3-4].個體終生會經過多次骨骼肌纖維再生，但衛星細胞數量仍能保持穩定，這一事實表明，衛星細胞同時具有自我復制和分化能力，即組織干細胞特性[5-6].

衛星細胞是肌源性干細胞的一種。肌源性干細胞異質性較高，具有多向分化潛能，可分為多個亞群，如衛星細胞、側群細胞等，不同亞群的細胞表面標志物表達、成肌轉錄因子誘導和體內外增殖特點均存在差異。其中，衛星細胞所占比例最大，是已經得到公認的肌源性干細胞，在成年動物體內負責肌肉的損傷后修復和再生[7-8].多項研究顯示，從正常小鼠骨骼肌中分離得到的衛星細胞能夠在患有肌營養不良的mdx小鼠中存活，一方面增殖保持干細胞數量，一方面分化形成新生肌纖維，修復骨骼肌損傷，增加mdx小鼠的骨骼肌重量和收縮力[5,9-10].

2 不同狀態衛星細胞的特異性表面分子標志物

衛星細胞的干細胞特性對于成年個體的肌組織損傷修復和再生有著非常重要的意義。為了更好地研究其生物學特性，找到鑒別和分離純化衛星細胞的特異性標志物至關重要。自1961年衛星細胞首次被發現和描述以來，許多細胞表面蛋白都曾被認為是衛星細胞的標志分子，包括CD34、Sca-1、M-cadherin 和 c-met 等[11-13],但由于這些分子也表達于其他間充質干細胞來源的細胞類型，因此特異性并不高。目前已經形成的共識是，在成年嚙齒類動物中 Pax7（paired-box transcription factor 7）的表達是具有肌源性細胞分化潛能的衛星細胞的特異性標志。Pax7是配對盒轉錄因子家族中的成員之一，在靜息和活化的衛星細胞核內均有表達，但在靜息衛星細胞中表達含量最高，隨著衛星細胞的活化、分化和成熟而逐漸下調[14].研究顯示，Pax7是衛星細胞存活和發揮肌源性干細胞功能不可或缺的條件。在Pax7基因缺失的小鼠體內，衛星細胞幾乎完全缺失，應該由衛星細胞介導的出生后骨骼肌生長表現出嚴重缺陷，側群細胞數量雖不受影響，但只表現出造血細胞分化潛能而不能向肌源性細胞方向分化，導致小鼠多在2周內死亡[15].因此，越來越多的研究將Pax7作為識別衛星細胞的特異性標志物[6,16].

在衛星細胞活化、分化的過程中，Pax7表達逐漸下調，而肌分化抗原（myogenic differentiation antigen, MyoD）表達則逐漸上調。文獻報道，Pax7在靜息和活化的衛星細胞中均有表達，而MyoD主要表達于活化的衛星細胞[9-10].MyoD為肌源性細胞特異性表達的一種轉錄因子，屬于成肌調節因子家族（muscle regulatory facors,MRFSs）。MyoD 缺陷的小鼠肌衛星細胞自我復制不受影響，但無法進入分化階段，因此將導致肌纖維修復能力障礙[17-18].有人認為，靜息狀態下的衛星細胞為Pax7+/MyoD-;當衛星細胞進行自我復制時變為Pax7+/MyoD+;進入活化階段后，Pax7表達下調，表面標志物表達譜變為Pax7±/MyoD+;最終，分化進入晚期階段，Pax7-/MyoD-,而功能性蛋白--胚胎肌球蛋白重鏈（embry-onic myosin heavy chain, eMyHC）開始表達。MyoD 的表達是衛星細胞進入不可逆分化階段的標志[16].

3 失神經支配后衛星細胞增殖和分化的變化

盡管許多研究已經證實，在適當刺激的條件下（如局部損傷等），衛星細胞可被激活而發揮組織修復作用，但對于臨床上常見的神經損傷后引起的肌肉萎縮，衛星細胞并不能有效代償肌肉質量的減輕和收縮功能的衰退[19].這一現象值得重視。失神經對衛星細胞的增殖和分化均有影響。已有的研究發現，神經損傷后早期階段，衛星細胞的修復性成肌活動非常有限，只有少量短小的異常肌管形成。衛星細胞數量和增殖活躍程度均明顯低于正常對照組[20].而在長時間（25個月）失神經的成年大鼠骨骼肌中，衛星細胞數量和密度均逐漸降低。這可能與失神經早期衛星細胞的異常分化導致的耗竭有關[21].失神經后衛星細胞數量和增殖活性的降低導致肌肉修復能力減弱，殘余衛星細胞的增殖能力仍有待進一步研究[22].已有研究表明，從失神經肌肉中分離得到的衛星細胞，TUNEL 和 caspase 活性顯著高于對照組衛星細胞，DNA碎片含量亦顯著增加，說明衛星細胞對凋亡的易感性增加是失神經后衛星細胞數量減少的可能機制之一[23].

關于失神經后衛星細胞的分化情況，目前的眾多研究結果尚存在較大爭議。部分研究發現，失神經后骨骼肌內MyoD 的表達量會出現明顯的反應性增高，并能保持在較高水平至少長達28d[21,24].這也許代表衛星細胞正在進行代償性分化以彌補失神經引起的肌纖維萎縮。但也有研究顯示，失神經后MyoD的表達量并無明顯變化[25].綜合多項類似研究可發現，失神經后衛星細胞的分化受到多重因素影響。

下運動神經元損傷后MyoD表達增高程度較上運動神經元損傷時更為明顯；同為下運動神經元損傷時，則神經完全離斷傷比不完全損傷更容易引起MyoD表達激增[24].由此可知，局部殘留的神經支配對衛星細胞的過度分化可能具有一定抑制作用。失神經后衛星細胞增殖能力降低，異常分化無法形成有功能的成熟肌纖維，因此適當抑制衛星細胞的過度分化可能具有保存殘余衛星細胞，避免其耗竭的保護意義。

對于同一損傷類型，脛骨前肌組織中MyoD的表達量明顯高于腓腸肌。這種部位不同引起的肌組織失神經后MyoD表達量的差異，其機制尚不明確，可能與不同類型肌纖維的構成比例有關[19].以上研究表明，失神經后增殖能力下降和反復發生的過度分化是導致衛星細胞池耗竭的主要原因。

4 外源性及內源性因素對衛星細胞增殖和分化的影響

目前已經發現，多種外源性及內源性刺激均可對衛星細胞的增殖和分化有促進作用，包括電刺激、運動和機械牽拉、激素和細胞因子等。

電刺激對衛星細胞的增殖具有促進作用。對于甲狀腺功能減低的大鼠模型，電刺激能夠使衛星細胞核占全部肌細胞核的百分比明顯增加，且該效應隨著刺激時間延長而逐漸加強。接受電刺激5、10、20d時衛星細胞數量可分別達到正常對照組的2.6、3.0、3.7倍。雖然甲減本身可引起衛星細胞數量的輕微增高，但仍與電刺激后的衛星細胞百分比存在顯著性差異[26].同一研究者通過給甲減大鼠腹腔注射BrdU的方式標記增殖的衛星細胞，發現電刺激5d時，BrdU陽性的增殖期衛星細胞數量增至正常對照組的4倍；在刺激10d和20d時，該數值雖然有所下降，但仍然高于正常對照組，差異具有顯著性意義。電刺激促進衛星細胞增殖的效應還具有肌纖維類型特異性，刺激5d時，增殖期衛星細胞增加已經出現在IIB 和 IID 型纖維中，此時 I 型和 IIA 型纖維中增殖期衛星細胞數與正常對照組尚無差異。到刺激第10天時，IIB 型纖維中的增殖期衛星細胞數則開始降低[27].上述兩項研究結果表明，電刺激可在短期內明顯促進衛星細胞的增殖，隨著刺激時間延長，這種促進作用有減弱的趨勢，最終使衛星細胞的增殖速度維持在高于正常對照的平臺期。電刺激增加衛星細胞數量還有可能通過抑制細胞凋亡的途徑實現。雖然目前尚無針對電刺激與衛星細胞凋亡的相關研究，但已有證據顯示電刺激能夠降低失神經骨骼肌組織整體凋亡水平[28-29],因此可以推測，電刺激可能對衛星細胞的凋亡有抑制作用。此外，電刺激對衛星細胞增殖的促進作用還與個體年齡有關。Put-man 等發現，經過相同時間和強度的電刺激后，年輕大鼠（15周齡）的衛星細胞數量較年老大鼠（101周齡）增加程度更為明顯，年老大鼠的衛星細胞分化程度則高于年輕大鼠[30].

電刺激對衛星細胞分化的影響主要體現在改變MyoD及衛星細胞分化晚期蛋白Myogenin的表達水平。電刺激能夠對衛星細胞分化起到促進作用。對于懸吊大鼠后肢引起的骨骼肌廢用性萎縮，適度低頻電刺激能夠使肌組織中MyoD 表達量明顯上調[31].正常大鼠接受21d的連續低頻電刺激亦可出現Myogenin表達量的顯著增高，且這種增高趨勢可被γ射線局部照射完全抑制[32].但也有研究顯示，對于失神經大鼠骨骼肌，電刺激反而抑制MyoD的表達。大鼠脛骨前肌失神經并接受電刺激后MyoD表達量比單純失神經的對照組MyoD表達量降低近一半，若在電刺激的同時結合機械牽拉，則MyoD的表達水平受抑制程度有所減輕[33-34].

引起各項研究結果間不一致的可能原因與刺激強度和動物模型種類有關。低頻電刺激以促進衛星細胞分化，上調MyoD 表達的效應為主，當刺激強度過高時，可能對肌組織產生直接損傷和收縮疲勞引起的間接損傷，使衛星細胞的分化能力不升反降。另外，如前所述，部分或完整的神經支配與防止衛星細胞的過度分化有明顯相關性，在神經支配部分或完整存在的研究中[31-32],低頻電刺激可明顯促進衛星細胞分化，而對于神經完全離斷的動物模型肌組織，特別是在MyoD 容易出現過高表達的脛骨前肌組織中[33-34],電刺激則表現出抑制MyoD過度表達，保存衛星細胞數量的效應。

除電刺激以外，還有其他多種因素可對衛星細胞的增殖和分化產生影響。運動和機械牽拉對衛星細胞的增殖分化具有明顯的促進作用。運動或牽拉的方式不同，衛星細胞的變化也有差異。Smith等[35]發現，連續每日30min的跑坡運動可使正常大鼠骨骼肌中被BrdU標記的增殖期衛星細胞數量明顯增高，這可能與運動造成的肌纖維損傷誘導的肌纖維修復再生加強有關?；加写x綜合征的肥胖大鼠多伴有衛星細胞增殖水平的下降，而負重訓練則可使此類大鼠的增殖期衛星細胞數量明顯增加[36].根據Urbani[37]的觀察，低氧環境可增強衛星細胞在體內和體外的增殖能力，這一結果說明，運動對衛星細胞增殖的促進作用可能是通過營造局部缺氧環境實現的。對于完全失神經支配的骨骼肌，在接受被動牽拉的情況下，無論是否同時接受電刺激，其MyoD的表達量均顯著高于單純接受電刺激的對照組MyoD表達量。盡管造成這一現象的機制尚不明確，但該研究表明，同時應用電刺激和機械牽拉可能有助于避免單純電刺激治療對失神經骨骼肌內衛星細胞分化的過度抑制[34].

性激素和各類細胞因子均可對衛星細胞的增殖分化產生影響。雌二醇可使接受跑坡訓練的大鼠骨骼肌內Pax7和MyoD表達量上調，并增加BrdU陽性的增殖期衛星細胞數量，從而可能通過激活衛星細胞來促進骨骼肌的損傷后修復[38].

去勢雄性大鼠的提肛肌內衛星細胞在失神經支配后無明顯增殖，但接受睪酮替代治療后衛星細胞數量明顯增加，提示雄性激素的存在對于失神經后衛星細胞增殖不可或缺[39].胰島素樣生長因子（IGF）-1[40]、力生長因子（MGF）、人重組骨形態發生蛋白（rhBMP）-2、堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）和轉化生長因子（TGF）-β等細胞因子均對衛星細胞的增殖具有促進作用，但其具體機制目前尚不清楚[41-43].

5 展望

衛星細胞的增殖和分化是受到體內外多種因素調控的過程，目前對該過程所涉及的各個環節仍缺乏深入的了解。

在現有研究的基礎上進一步闡述引起這些現象的機制，不僅有助于為臨床上常用的治療措施提供理論指導，還有可能發現新的治療靶點，為治療骨骼肌的各種原發及繼發性損傷特別是失神經支配導致的肌萎縮提供新的思路和途徑。