帕金森治療有望！科學家在小鼠四肢中發(fā)現(xiàn)“超快”肌肉纖維
帕金森是一種慢性進行性神經變性疾病，基底節(jié)多巴胺缺乏導致帕金森典型的運動癥狀，即運動遲緩、震顫、強直和后來的姿勢不穩(wěn)。帕金森的發(fā)病率和患病率隨年齡增長而增加，65歲以上人群中1%患有該病，且男性發(fā)病率是女性的2倍[1]。
隨著人口老齡化日趨嚴重，與年齡有關的疾病也日益受到關注。帕金森病例將從2015年的700萬增加到2040年的1300萬，意味著潛在的“大流行”，將會給社會和家庭帶來巨大的負擔。隨著對帕金森發(fā)病機制了解的深入，研究人員提出了某些神經保護策略，可能在早期有利于影響疾病進展，但結果并不盡如人意。
了解人體肌肉構成是改善神經肌肉疾病再生醫(yī)學的關鍵一步，或許未來可能會為帕金森帶來全新的治療選擇。但是很難量化肌肉變化的各個方面，包括基本細節(jié)，比如肌肉的哪些部位存在哪些纖維。如今，有科學家找到了識別這些纖維的方法。
在動物中，有種“超快”肌肉可以像閃電俠那樣快速移動，中科院動物和北京干細胞與再生醫(yī)學研究所的科學家們首次在小鼠腿上發(fā)現(xiàn)了一種新的超快2B型肌纖維亞型，為未來打破正常人類手臂和腿部運動的物理速度限制帶來了希望，或許將來可以用于帕金森等疾病的治療。相關研究成果以“Spatial metabolomics reveals skeletal myofiber subtypes”為題，發(fā)表在Science Advances上。
圖1 研究成果（圖源：[2]）
肌肉由慢肌纖維和快肌纖維組成，慢肌纖維產生較小的肌肉收縮，更耐疲勞，而快肌纖維在較短的爆發(fā)中產生較大的收縮。有研究表明，重復運動會導致肌纖維類型發(fā)生轉換，科學家們據(jù)此推測如果使用正確的技術，或許可以發(fā)現(xiàn)中間類型，模糊慢肌纖維和快肌纖維之間的界限。
在這項研究中，研究人員結合質譜成像（MSI）和液相色譜質譜（LC-MS）的優(yōu)勢，對慢肌纖維和快肌纖維進行高空間分辨率代謝組學分析。骨骼肌由四種不同代謝特征的肌纖維亞型組成，由于肌肉結構較為簡單、肌纖維的代謝異質性、單個肌纖維細胞的大小足以提供超過檢測極限的代謝物為代謝組學分析提供了豐富的信息，因此其可以作為高空間分辨率代謝組學的理想模型。
研究人員通過基于LC-MS的代謝組學分析在交叉驗證后展示了慢肌和快肌肌纖維的代謝組學分析，MSI和LC-MS相結合，產生了更可靠的空間代謝組學結果。此外，通過小鼠縱向肌肉冷凍切片獲得了高空間分辨率肌纖維MS圖像，從而增加了每個肌纖維的橫截面積，進而增加了離子豐度。利用技術優(yōu)勢，研究人員成功表征了肌纖維亞型的代謝特征，并在小鼠腿部肌肉內發(fā)現(xiàn)了一種罕見的新肌纖維亞型（2B mitohigh肌纖維）。
圖2 空間轉錄組學顯示2B mitohigh肌纖維具有EOM的特性（圖源：[2]）
為了了解2B mitohigh肌纖維的特性，研究人員使用PCA可視化了其轉錄組基因表達，發(fā)現(xiàn)其富含Myh13、Myh8、Chrna2、 Acadl、 Ldhb等、肌動蛋白、神經肌肉及代謝相關基因，這些特征與眼外肌（EOM）類似。EOM通過代謝、收縮和結構蛋白的表達來實現(xiàn)視覺系統(tǒng)精確定位和快速跟蹤等復雜的高度特化運動，具有抗疲勞且超快收縮的特性。研究人員對此進行進一步確認，發(fā)現(xiàn)2B mitohigh肌纖維與EOM的抗疲勞代謝特性一致。
綜上，通過該項研究，利用MSI和LC-MS相結合的方式，產生了可靠的空間代謝組學結果。經過分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種類似EOM的超快肌肉纖維——2B mitohigh肌纖維。同時，也為利用高分辨率空間代謝組學與空間轉錄組學相結合的方式，去發(fā)現(xiàn)更多肌纖維和其他細胞類型的代謝亞型。
肌纖維的代謝組學分析將提高我們對所有肌纖維亞型及其與運動表現(xiàn)、運動、肌肉減少癥、惡病質、肌肉萎縮和肌肉相關代謝疾病之間關系的分子理解，進而有可能為基本生物過程和疾病狀態(tài)的代謝調節(jié)提供重要的見解，或許有一天，可以為帕金森的治療帶來嶄新的希望。
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