為何有的老人突然摔一跤就可能出現嚴重后果，甚至危及生命？這背后隱藏的是老齡化過程中肌肉逐漸退化的問題。
華大生命科學研究院（以下簡稱華大）與國內外多家高校和研究機構合作，發布了一個涵蓋不同性別和年齡人群的骨骼肌多模態單細胞圖譜。這是迄今最完整的肌肉衰老過程單細胞圖譜，有望為開發針對肌肉衰老的預防和治療策略提供科學依據。相關研究近日發表于《自然》。
審稿人評價，這是一項重要而權威的研究，為人類肌肉生物學和人類衰老研究提供了豐富的參考。
描繪肌肉細胞圖譜
研究團隊針對15至99歲的不同性別和年齡段的人群，分析了下肢肌肉樣本中的近38.7萬個細胞，詳細描述了細胞群體在衰老過程中的變化。他們發現了老年人群中新出現的細胞群體，并揭示了這些變化背后的細胞特異性特征和多細胞間的網絡互動特性。
“我們發現，隨著年齡增長，一些關鍵肌肉細胞逐漸消失，特別是那些支持快速和力量活動的肌纖維。這些細胞的減少直接影響了老年人的運動能力，增加其摔倒的風險?！闭撐牡谝蛔髡摺⑷A大副研究員賴毅維表示。
肌肉作為人體的重要組成部分，支撐人體做出每一個動作。肌肉中的肌纖維分為慢速肌纖維和快速肌纖維，分別支撐長時間行走等耐力型活動，以及短跑或跳高等短暫爆發型活動。
研究發現，隨著年齡增長，快速肌纖維逐漸減少，而慢速肌纖維相對穩定。于是，研究人員構建了快速肌纖維和慢速肌纖維退變的分子路徑，找到兩種肌纖維退變機制的差異——慢速肌纖維面對衰老的應激具有較好的耐受能力。
“這些變化代表了身體對衰老的一種自我調節機制，即試圖通過保留更多耐力型肌纖維來應對老化帶來的挑戰。但這些變化可能是導致肌少癥的潛在因素。”賴毅維說。
此外，研究人員還發現，隨著年齡增長，肌肉中出現了一些新的肌纖維群體。這些肌纖維在年輕人中幾乎看不到，卻在老年人中逐漸增多，比如修復型和退變型肌纖維亞型等。“退變型可能是肌纖維中率先衰老的群體，而修復型在老年人身體中發揮著特殊的保護作用，幫助維持肌肉功能，減緩衰老過程?！辟囈憔S說。
找到肌肉老化關鍵
在以往的研究中，研究者在探索肌肉細胞衰老機制和規律時，常常要運用肌肉組織切片來研究細胞群體的單個特定表征。這樣的研究方法不僅時間成本高、效率低，而且得到的實驗數據也存在誤差。
近年來，單細胞測序技術不斷發展，其在解析細胞異質性、揭示微環境中細胞群體間的關系、追蹤疾病發生發展等的研究中發揮出越來越重要的作用。
“不同于以往‘提出問題，基于已知結果進行驗證’的研究范式，我們通過分析大量數據發現規律，探索未知科學問題，這使生物技術的發展為科學研究帶來更多可能?！辟囈憔S說。
“我們開展研究的契機來源于2019年。那時，基于華大自主開發的單細胞測序技術等，我的導師Miguel A.Esteban帶領團隊在干細胞領域開展了多項合作研究，并取得了許多重要成果。因此，我們認為，應當把單細胞組學研究拓展到整個衰老與再生領域，而肌肉衰老則是其中一個重要的組成部分?！辟囈憔S說。
于是，華大與國內外單位合作開展研究，發現用于修復損傷肌肉的肌肉干細胞中，有一類具有較強修復能力的靜息態肌肉干細胞，在肌肉衰老的過程中逐漸減少，且呈現出持續性激活的特征。在這種長期激活的狀態下，肌肉干細胞無法有效增殖和分化以修復受損的肌肉。“這也可能是衰老過程中肌肉干細胞耗竭的機制之一?！辟囈憔S表示。
此外，研究團隊還發現，在衰老過程中，內皮細胞發生了明顯改變，促炎和趨化信號增加，而免疫細胞數量增多并啟動炎癥程序。這些變化表明，衰老后的肌肉在遭受損傷時更難修復，并可能促進全身性炎癥，從而加速老年人整體身體功能的衰退。
探索老年性肌萎縮診斷新思路
肌萎縮側索硬化，又稱漸凍癥?；颊叱３霈F四肢無力、肌肉萎縮、吞咽障礙、語言障礙等癥狀。
無論是老年性肌萎縮，還是漸凍癥，它們都有一個相似的問題——診斷困難。雖然這些疾病可以通過測量肌肉耐力以及核磁共振等檢查手段進行診斷，但無法準確量化疾病發展程度，且目前尚沒有完全治愈的方法。
為此，聯合團隊從細胞和分子層面，為老年性肌萎縮診斷提供了一個量化標準。醫護人員可以將患者肌肉樣本里的細胞或分子特征，對應到此次研究發布的肌肉衰老過程單細胞圖譜中，即可量化肌肉衰老程度。
此外，此次研究發現的衰老過程出現的細胞亞型，或許可以為未來靶向性治療老年性肌萎縮提供科學依據，從而為逆轉肌肉衰老提供可能。這對漸凍癥治療也有一定的參考意義。
賴毅維告訴《中國科學報》，這項工作是國際合作的典范，展示了多學科團隊協作在解決復雜科學問題方面的重要作用。
“隨著人類壽命的不斷延長，老年人群面臨的慢性疾病受到社會廣泛關注。”論文共同通訊作者、美國圣地亞哥Altos實驗室首席研究員Pura Munoz-Cánoves表示，“該研究通過探索不同年齡和性別人群的肌肉退化情況，試圖建立一個全面的骨骼肌多模態單細胞圖譜，以增進對肌肉功能和衰老的了解，從而幫助應對老齡化社會面臨的挑戰。”
