你有过这样的经历吗？平时很少锻炼的你拼尽全力做了几组肌肉训练，第二天起来，发现连抬起胳膊的力气都没有了。但稍微休整两天，你感觉自己又能行了。当你继续生龙活虎地撸铁时，你是否想过这样的问题：如此迅速的肌肉修复是如何实现的？我们一度认为，科学界早已看清了肌肉修复的全貌。但在本周的《科学》杂志上，一篇论文带给我们全新的答案：受损肌肉恢复原貌的真正原因，是细胞核的迁移。
▲肌肉受损时，肌纤维的细胞核向受损区域聚集（图片来源：William Roman, iMM）
形态细长的肌细胞也被称作肌纤维。由于这种细胞是由多个成肌细胞融合而来的，因此与人体绝大多数细胞不同的是，一个肌纤维拥有多个细胞核。运动时，过度的肌肉收缩会造成肌纤维的细胞质膜受损，肌纤维遭到破坏——这也是我们锻炼第二天肌肉用不上力的原因。但是，这样的损伤对于肌纤维来说只是暂时的。很快，肌纤维就能得到修复，迎接下一轮的锻炼。对于这个修复过程，过去十多年的研究已经找到了最重要的参与者：肌肉干细胞。很多人相信，从锻炼造成的轻微损伤到外科手术导致的肌肉断裂，各类不同程度的肌肉损伤，都需要肌肉干细胞通过一个极其复杂而精密的过程完成修复。
但由西班牙和葡萄牙科学家组成的一支研究团队在新研究中发现，对于程度较轻的损伤（例如锻炼造成的肌肉受损），肌肉修复并没有那么复杂。无需干细胞的参与，这些肌纤维通过细胞核的移动，就能实现自我修复。为了看清肌肉修复的全过程，让我们先来到肌纤维受损的瞬间。损伤发生后短短几秒钟之内，一系列激烈的反应就发生了。膜联蛋白迅速抵达受损区域，它们与肌纤维中的钙离子结合，形成了一个蛋白质盖层，封堵住肌纤维的“漏洞”。这就是肌肉修复的第一阶段——仅仅几秒钟，快速形成的保护层就将肌纤维损伤封闭起来，避免更多的伤害。而这项研究重点关注的，则是第二阶段：重建受损的肌肉。为此，他们观察了小鼠腿部的比目鱼肌。在经过锻炼5小时后，肌肉的受损区域长出了蛋白质“疤痕”。这些“疤痕”主要由细丝蛋白C和热休克蛋白27（HSP27）这两种蛋白质组成，它们能帮助受损部位愈合。而在锻炼48小时后，这些蛋白质几乎消失，这说明肌肉修复在此之前已经迅速完成。而对相关标志物的检测表明，在这个过程中，肌肉干细胞完全没有参与。
▲肌肉受损5小时和24小时后，热休克蛋白27（上）和细丝蛋白C（下）在受损区域的聚集情况。（图片来源：参考资料[1]）
那么，这些蛋白质为什么会出现在受损区域？在体外培养的肌纤维模型中，研究人员找到了答案。在肌肉受损后，这些肌纤维的细胞核陆续向受损区域迁移。5小时内，73%的细胞核都聚集在受损区域附近。它们直接将mRNA带到了“施工现场”，后者翻译形成的细丝蛋白C、HSP27恰好为肌肉修复提供了丰富的原材料。对于研究团队来说，接下来的问题就变成了：肌肉受损后，这些细胞核为什么会纷纷涌向受损区域？在体外肌纤维模型中，他们找到了控制细胞核迁移的信号通路：细胞分裂周期蛋白42（CDC42）。这条与钙离子相关的通路负责调控细胞的运动能力，当它受到抑制时，细胞核的移动也随之放缓；而当研究人员激活未受损的肌纤维中的CDC42时，“受骗”的细胞核仍会移动。
▲肌肉修复的两个阶段（图片来源：参考资料[2]）
到这里，一个全新的肌肉修复机制已经水落石出。这项研究的通讯作者西班牙庞培法布拉大学的Pura Muñoz-Cánoves教授表示，因为这个全新的发现，“我们对肌肉的生理学，以及肌肉功能障碍的理解都有了重要的进展。”而《科学》杂志同期的一篇展望文章则认为，这个发现还有着更为深远的意义：在这项研究中出现的关键蛋白，例如HSP27、CDC42，有可能成为修复损伤或帮助患者康复的新靶点。这个机制能否为更多人送去福音？我们期待后续研究能带来更多惊喜。参考资料：
[1] William Roman et al., (2021) Muscle repair after physiological damage relies on nuclear migration for cellular reconstruction. Science. DOI: 10.1126/science.abe5620
[2] Resealing and rebuilding injured muscle. Science. DOI: 10.1126/science.abm2240
[3] Nuclei on the move for muscle self-repair. Retrieved Oct. 16, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/931173
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