近日，发表在同行评议期刊《Cell Stem Cell》上的一项新研究中，来自美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）再生医学和干细胞研究中心的一个跨学科研究团队开发了关于人类骨骼肌如何发育（包括肌肉干细胞形成）的首个路线图，鉴定了骨骼肌组织中存在的各种细胞类型，从早期胚胎发育一直到成年。
该研究团队重点研究了在出生前有助于肌肉形成的肌肉祖细胞，以及在出生后帮助肌肉形成和从受伤中恢复的肌肉干细胞
该路线图对于致力于在实验室中开发肌肉干细胞的研究人员来说至关重要。这些干细胞可用于再生细胞治疗毁灭性的肌肉疾病，包括肌营养不良和肌少症。
研究通讯作者、Broad干细胞研究中心的成员April Pyle说：“衰老或疾病导致的肌肉损失通常是肌肉干细胞功能失调的结果。这张图谱确定了肌肉祖细胞和干细胞在整个发育过程中存在的精确基因网络。这对开发在培养皿中产生这些细胞以治疗肌肉疾病的方法至关重要。”
Pyle实验室和很多机构的研究人员已经有能力从人类多能干细胞中生成骨骼肌细胞，这些细胞有自我更新的能力，可以发展成身体中的任何细胞类型。然而，直到现在，他们还没有办法确定这些细胞在人类发育过程中的位置。
研究第一作者、Pyle实验室微生物学、免疫学和分子遗传学系助理教授Haibin Xi说：“我们知道，在实验室生成的肌肉细胞不像在人体中发现的完全成熟的肌肉干细胞具有功能。所以我们着手制作这张路线图，用它作为参考，来比较我们生产的细胞和真正的人类骨骼肌组织的遗传特征。”
为了创造这一资源，研究团队收集了两组不同骨骼肌细胞的高度特异性数据：来自人体从胚胎发育的第五周到中年的骨骼肌细胞，以及在实验室中产生的人多能干细胞。然后，他们比较这两个来源的细胞基因签名。
研究团队还从UCLA的合作者、南加州大学和德国图宾根大学的同事那里获得了21份人体骨骼肌组织样本。对于多能干细胞来源的肌肉细胞，该团队评估了使用他们自己独特的方法和其他团队的方法所创造的细胞。
Pyle实验室与UCLA生物化学教授、Broad干细胞研究中心成员Kathrin Plath的实验室合作，对所有样本进行高通量、基于液滴的单细胞RNA测序。这项技术使研究人员能够识别单个细胞中存在的基因网络，并能同时处理数千个细胞。利用这项技术和Plath实验室的生物信息学专业知识，该团队确定了来自人体组织和多能干细胞的各种细胞类型的遗传特征。
接下来，他们开发了计算方法，重点研究肌肉祖细胞和干细胞，并绘制出与每个发育阶段相关的基因网络。这使研究团队能够将在多能干细胞来源的肌肉细胞中发现的遗传特征与人类肌肉发育路线图谱上的相应位置匹配。
研究团队发现，通过他们尝试的方法产生的多能干细胞衍生的肌肉细胞类似于早期发育状态的肌肉祖细胞，但与成体肌肉干细胞不一致。
除了确定实验室生产的细胞的真正成熟度外，这项分析还提供了骨骼肌组织中发育过程中的其他细胞类型，以及从人类多能干细胞衍生的其他细胞类型的详细信息。这些细胞可能在肌肉细胞成熟过程中发挥重要作用，并可能对改进在培养皿中生成和支持肌肉干细胞的方法至关重要。
Pyle说：“我们发现，一些在培养皿中产生肌肉细胞的方法也产生了可能支持肌肉细胞的独特细胞类型。所以现在我们的问题是，这些细胞在做什么？它们能否成为培养皿中成熟和功能性肌肉干细胞的关键？”
展望未来，Pyle和她的同事们将致力于利用这一新资源，开发更好的方法，在实验室中从人类多能干细胞中产生肌肉干细胞。她希望通过关注干细胞相关的基因表达网络和他们确定的支持细胞类型，可以产生高能量的肌肉干细胞，为未来的再生疗法提供帮助。
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590920301569?via%3Dihub
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