衰老的許多影響之一是肌肉質量的損失，這導致了老年人的殘疾。為了應對這種損失，索爾克研究所的科學家們正在研究加速肌肉組織再生的方法：使用幹細胞研究中常用的分子化合物組合。2021年5月25日發表在《自然通訊》上的一項研究顯示，使用這些化合物通過激活肌肉細胞的前體（稱為生肌祖細胞），增加了小鼠肌肉細胞的再生能力。
儘管在這種方法能夠應用於人類之前還需要更多的工作，但這項研究提供了與肌肉再生和生長有關的潛在機制的洞察力，並且有一天可以幫助運動員以及衰老的成年人更有效地進行組織再生。
“論文的資深作者、索爾克大學教授胡安·卡洛斯·伊茲皮蘇阿·貝爾蒙特說：”這些祖細胞的喪失與年齡相關的肌肉退化有關。”我們的研究發現了能夠加速肌肉再生的特定因素，並揭示了這種情況發生的機制”。
誘導肌肉纖維中的山中因子（OKSM）增加了肌原性祖細胞的數量。上面是對照組；下面是治療組。紅粉色是Pax7，一種肌肉乾細胞標誌物。藍色表示肌肉細胞核。資料來源：索爾克研究所
該研究中使用的化合物通常被稱為山中因子，以發現它們的一名日本科學家命名。山中因子是一種蛋白質的組合（稱為轉錄因子），主要控制DNA如何被複制以翻譯成其他蛋白質。在實驗室研究中，它們被用來將專門的細胞，如皮膚細胞轉換成更多類似幹細胞的細胞，這些細胞能力多樣，這意味着它們可以成為許多不同類型的細胞。
“我們的實驗室之前表明，這些因子可以使細胞恢復活力，並促進活體動物的組織再生，”第一作者Wang Chao說，他是Izpisua Belmonte實驗室的一名博士后研究員。”但這是如何發生的，以前並不清楚”。
肌肉再生是由肌肉乾細胞介導的，它們也叫衛星細胞。衛星細胞位於一層結締組織（基底層）和肌肉纖維（肌纖維）之間的壁龕中。在這項研究中，該團隊使用了兩種不同的小鼠模型，以確定添加山中因子后肌肉乾細胞特異性或利基特異性的變化，他們專註於使用年輕的小鼠，因為研究這些因素的影響與年齡無關。
在肌纖維特異性模型中，他們發現添加山中因素后，通過降低利基中一種名為Wnt4的蛋白質的水平，實現加速了小鼠的肌肉再生，這反過來又激活了衛星細胞。相比之下，在衛星細胞特異性模型中，山中因素沒有激活衛星細胞，也沒有改善肌肉再生，這表明Wnt4在肌肉再生中發揮着重要作用。
據擔任Roger Guillemin教席的Izpisua Belmonte說，這項研究的觀察結果最終可能導致通過針對Wnt4的新療法。
他說：”我們的實驗室最近開發了新的基因編輯技術，可用於加速受傷后的肌肉恢復並改善肌肉功能。今後有可能利用這種技術直接降低骨骼肌中的Wnt4水平，或者阻斷Wnt4和肌肉乾細胞之間的交流。”
研究人員還在研究其他使細胞恢復活力的方法，包括使用mRNA和基因工程。這些技術最終可能帶來促進組織和器官再生的新方法。