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干细胞与运动性骨骼肌细胞凋亡

录入:linle    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2011-9-1

  细胞凋亡是指细胞在一定的生理或病理条件下,遵循自身的程序,自己结束其生命的过程,也即通过一定的信号传导途径,激活细胞“自杀”程序,最后细胞脱离或裂解为若干凋亡小体,被其他细胞吞噬。细胞凋亡是细胞程序化死亡过程,是受一系列基因控制的生理性细胞死亡方式。

  运动所引起骨骼肌细胞凋亡的研究主要起步于运动后所引起的肌肉酸痛,以及运动性疲劳的发生,甚至疲劳积累造成的骨骼肌损伤。

  运动性骨骼肌细胞凋亡的特征:与正常细胞相比,细胞凋亡的形态学特征主要是核及细胞质成分(尤其是线粒体)浓缩、胞体急剧变小、胞膜完整、细胞器减少,核染色质密度增高并凝聚在核周边,细胞骨架裂解、内质网膜膨胀、细胞膜破裂形成凋亡小体。凋亡细胞在形态学上最明显的变化是细胞破裂成凋亡小体,微丝和微管等细胞骨架的变化与凋亡小体的形成密切相关。其生物化学特征主要表现为,保持较低的能量代谢,染色质丝状破裂,被内切核酸酶降解,行程长度为180~200 bp 的DN**段,凝胶电泳表现为梯状条带,并有新的RNA 和蛋白质的合成。骨骼肌细胞凋亡表现为凋亡肌细胞皱缩,每个凋亡的肌细胞膜完整,膜内陷将细胞分割转化成致密的凋亡小体,溶酶体完整,染色质均一凝集,非随机降解为DNA梯形片段;最后凋亡小体被周围邻近细胞或巨噬细胞吞噬,无炎症反应。

  生物体在生理条件下,正常代谢可以产生活性氧,如H2O2、过氧化物、单线态氧、氢过氧化物等,同时运动过程中会造成机体组织缺氧。有研究证明低氧能诱导不同类型的细胞发生凋亡,细胞在0~0.15%氧浓度中发生凋亡,氧浓度在1%~3%不发生凋亡。马焰等发现骨骼肌细胞缺氧复氧受损后可诱导肌细胞凋亡。活性氧能够激发并使组织氧化损伤扩散,被认为是运动中一系列生理生化改变的根本机制。当活性氧在体内得不到控制或细胞的保护能力下降时,便可以对组织细胞产生损伤,进而使蛋白质、脂质甚至核酸产生损伤,肌细胞也不可避免地受到氧化应激的影响,从而诱导骨骼肌细胞出现凋亡。

  干细胞对运动性骨骼肌细胞凋亡的影响:

  干细胞通过其自我更新和多向分化功能防治骨骼肌细胞凋亡:干细胞是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期分化细胞,医学界称之为“万用细胞”。干细胞技术的兴起,得益于生物技术和医学工程的快速发展,其主要运用了干细胞的可塑性。胚胎干细胞是最原始的细胞,它具有与胚胎细胞相似的形态特征及分化潜能,多功能干细胞和专能干细胞也具有分化为相应细胞的能力。要获得所需的各级细胞,首先是干细胞的分离、获取,在适宜的条件下进行培养,然后诱导分化为目的细胞。多种特征使肌肉成为基因工程的理想的转染细胞来源,肌源性细胞可作为骨组织工程的种子细胞,因为肌源性细胞能分化为间质组织,再生成骨和肌肉,并在软骨愈合中起一定作用。最近有把肌源性干细胞种植到胶原支架上填充全厚软骨缺损,这种肌源性干细胞亦具有自我更新和多向分化能力,在一定程度上亦可以用于骨骼肌组织凋亡的预防,但是有关该方面的研究还未见报道,仍需要深入研究。

  干细胞通过调节Bcl-2和Bax蛋白的表达防治骨骼肌细胞凋亡的发生与发展:有研究显示,慢性充血性心力衰竭患者约有2/3出现骨骼肌萎缩,这些症状部分是由于骨骼肌萎缩引起,即耐疲劳的骨骼肌Ⅰ型纤维转变成易疲劳的Ⅱ型纤维,且这种骨骼肌的转变并不是由于骨骼肌缺乏锻炼,也不是因骨骼肌血液动力学改变,与骨骼肌蛋白的合成也相关性不大。究其原因,有学者通过复制大鼠模型,探讨了细胞凋亡在大鼠骨骼肌萎缩发生中的作用和凋亡易感基因Bcl-2和Bax表达蛋白的变化,结果显示骨骼肌细胞凋亡参与了其萎缩的全过程,且心力衰竭大鼠骨骼肌组织中Bcl-2表达较对照组下降,促凋亡蛋白Bax的表达比对照组升高,致使其Bcl-2/Bax比值发生改变。比如少量Bax蛋白与低水平的Bcl-2蛋白即可 屈红林,等.干细胞与运动性骨骼肌细胞凋亡 形成Bcl-2/Bax异源二聚体,终止细胞凋亡的发生,若 Bax蛋白水平增高,则形成较多Bax同源二聚体,加速细胞凋亡的发生。曲环等研究发现在持续缺氧和缺氧/复氧条件下,Bcl-2的蛋白表达水平无明显变化,而经与骨髓间充质干细胞共同培养,Bax的蛋白表达水平显著下降,Bcl-2/Bax的比值增加,其结果提示缺氧或损伤的肌细胞均可能通过刺激骨髓间充质干细胞分泌某些细胞活性因子,作用于肌细胞,调节细胞内凋亡信号通路蛋白的含量。

  干细胞作为最具有自我更新和多向分化潜能及无限增殖能力的可塑性多功能细胞,其有关分离、纯化、增殖、鉴定等相关问题都得到一定程度的解决,但其诱导分化的途径仍是今后研究的重点。从现有研究结果来看,将其运用于运动医学领域的实证性研究目前还不是很多,随着基因组、后基因组计划和干细胞研究的热潮,将干细胞基因研究运用于运动医学领域及其开发应用将在运动竞技领域和相关运动性疾病的治疗方面有所





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