3月31日，中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所應浩研究組在Journal of Molecular Cell Biology期刊在線發(fā)表了題為“NAD+?subcellular partitioning mediated by miR-183 and miR-96 regulates muscle stem cell differentiation”的研究論文。該研究揭示了關鍵調控因子miR-183和miR-96通過調控代謝輔因子NAD+亞細胞分布，進而調控骨骼肌干細胞分化和骨骼肌再生的分子機制，為骨骼肌損傷修復、肌肉相關疾病的干預提供了新的理論依據(jù)和潛在靶點。
骨骼肌再生是一個復雜的動態(tài)調控過程，依賴于骨骼肌干細胞（MuSC）的精準平衡——損傷后被激活、增殖以提供足夠細胞量，適時分化為成熟肌纖維完成修復，同時保留部分干細胞用于自我更新，為后續(xù)再生儲備資源。一旦這一平衡被打破，可能導致骨骼肌再生失敗或相關病理狀態(tài)的發(fā)生。NAD+作為細胞內(nèi)關鍵的代謝輔因子，對骨骼肌干細胞功能具有重要調控作用，但NAD+的空間分布如何影響骨骼肌干細胞功能，其調控機制一直尚不明確。
研究團隊通過一系列體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)，miR-183和miR-96在骨骼肌前體細胞中高表達，且在損傷后的再生肌肉中顯著上調。miR-183和miR-96的雙敲除小鼠，骨骼肌損傷后再生效率顯著下降，骨骼肌干細胞出現(xiàn)過早分化，導致干細胞庫耗竭，反復損傷后再生缺陷進一步加劇。
進一步機制研究發(fā)現(xiàn)，miR-183和miR-96通過直接靶向線粒體NAD+轉運蛋白SLC25A51，調控NAD+的亞細胞分布。當miR-183和miR-96缺失時，SLC25A51表達升高，導致線粒體NAD+水平增加，而胞質NAD+水平降低。這種NAD+的亞細胞分布異常，通過兩條路徑共同調控骨骼肌干細胞分化：一方面，胞質NAD+減少會削弱SIRT1介導的去乙?；饔茫瑢е录≡葱曰騿幼訁^(qū)H4K16ac水平升高，促進分化基因表達；另一方面，線粒體NAD+積累會激活三羧酸循環(huán)，升高腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）和檸檬酸水平，這些代謝物通過變構激活ACLY通路，增加乙酰輔酶A生成，為H4K16ac提供乙酰基團，進一步推動分化。研究還發(fā)現(xiàn)，線粒體中主要的NAD+依賴型去乙?；?/span>SIRT3在miR-183/96缺失細胞中活性顯著升高，SIRT3敲低會損害成肌分化，并削弱miR-183/96缺失細胞中ATP和乙酰輔酶A的升高，表明線粒體NAD+還可以通過SIRT3參與骨骼肌干細胞分化的調控過程。
該研究首次將miRNA、NAD+亞細胞分布與骨骼肌干細胞命運調控相結合，建立了miR-183/96-SLC25A51-NAD+-SIRTs的調控軸，揭示了代謝重編程與表觀遺傳修飾協(xié)同調控骨骼肌干細胞命運的新機制，明確了miR-183和miR-96作為骨骼肌干細胞分化時序的關鍵調控因子，為骨骼肌損傷修復、肌營養(yǎng)不良等疾病的治療提供了新的靶點和思路。
此次在線發(fā)表的研究，是研究團隊圍繞miR-183簇開展的系列研究的重要延伸。miR-183簇包含miR-183、miR-96和miR-182三個microRNA，因三者種子序列高度同源而歸為同一家族，研究團隊此前針對該簇的系列研究已逐步揭示其在骨骼肌代謝調控中的關鍵作用：miR?182通過靶向FoxO1/PDK4調控骨骼肌葡萄糖利用，維持全身糖代謝穩(wěn)態(tài)；而miR?183/96可同時靶向FoxO1/PDK4與ATGL，一方面促進葡萄糖氧化利用，另一方面抑制肌內(nèi)脂解與脂肪酸氧化，實現(xiàn)對葡萄糖與脂肪兩種能量底物利用的雙向協(xié)調，精細重塑骨骼肌燃料選擇與代謝穩(wěn)態(tài)。
綜上，研究團隊通過系列研究，系統(tǒng)闡明了miR-183簇（miR-183、miR-96及miR-182）在骨骼肌生理功能調控中的核心作用，構建了“miR-183簇—靶蛋白—代謝通路/表觀遺傳調控”的完整分子網(wǎng)絡：從最初發(fā)現(xiàn)其對骨骼肌糖脂代謝和能量穩(wěn)態(tài)的調控，到最新揭示其通過NAD?亞細胞分區(qū)調控骨骼肌干細胞分化與骨骼肌再生，逐步完善了對miR-183簇生物學功能的認知。這些研究成果不僅深化了對microRNA調控骨骼肌代謝與再生機制的理解，也為骨骼肌損傷修復、肌萎縮、肥胖及糖尿病等代謝相關疾病的干預提供了新的分子靶點和理論基礎。
營養(yǎng)與健康所博士畢業(yè)生馬梅、博士研究生馬睿森為該論文的共同第一作者，應浩研究員和李俞瑩副研究員為共同通訊作者。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委員會、中國科學院空間應用工程與技術中心，以及上海市等項目的資助。
論文鏈接：
https://academic.oup.com/jmcb/advance-article/doi/10.1093/jmcb/mjag015/8566319
圖：miR-183和miR-96通過調控NAD+亞細胞分布，進而調控骨骼肌干細胞分化和骨骼肌再生分子機制圖
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