骨骼肌是人体最大的运动和代谢器官之一，负责高达80%餐后葡萄糖的摄取。骨骼肌中除了成熟肌纤维之外，还有肌肉干细胞和免疫细胞等多种细胞类型。在正常生理条件下，肌肉干细胞保持静息状态。在损伤后，肌肉干细胞会被激活，快速增殖并修复损伤的肌纤维，以恢复肌肉的质量和功能。肥胖和2型糖尿病（T2D）是骨骼肌干细胞再生功能障碍的主要诱因之一，表现为肌肉含量丢失，骨骼肌的糖脂代谢功能进行性衰退，进而加速糖尿病的进程，进入恶性循环。但是迄今为止，肥胖和T2D导致骨骼肌干细胞再生功能障碍的机制尚不清楚，临床上也缺乏有效的诊疗方法。孟卓贤团队长期专注染色质重塑介导的表观遗传机制在细胞能量代谢和糖尿病发病进程中的作用和意义研究。前期研究发现染色质重塑因子Baf60c在骨骼肌葡萄糖感受和利用、白肌纤维生成和全身血糖稳态调控中发挥关键作用。然而，Baf60c在肥胖和T2D相关肌肉干细胞再生功能障碍和肌少症中的作用和机理有待阐明。

2023年6月7日，澳门·新葡萄新京6663孟卓贤团队和澳门·新葡萄新京6663附属第二医院内分泌科单鹏飞团队合作在Journal of Experimental Medicine杂志在线发表“Myofiber Baf60c controls muscle regeneration via modulating Dkk3-mediated paracrine signaling”的研究论文。

为了探究Baf60c在肌肉再生中的作用，作者首先构建了成熟肌纤维特异性Baf60c敲除（BcMKO）和转基因（MCK-Bc）小鼠模型，以及成体肌肉干细胞特异性Baf60c敲除（BcSKO）小鼠模型，利用心脏毒素（Cardiotoxin，CTX）局部注射评估肌肉损伤、修复能力。研究发现成熟肌纤维特异性敲除Baf60c能够显著抑制肌肉再生和收缩功能（图1）。相反，成熟肌纤维特异性过表达Baf60c能够显著促进肌肉再生。而在成年小鼠肌肉干细胞中敲除Baf60c对肌肉再生功能没有明显影响。这些结果提示Baf60c在成熟肌纤维中可能调控肌肉分泌因子的表达和分泌，通过旁分泌机制影响肌肉干细胞的再生能力。

图1 成熟肌纤维特异性Baf60c敲除显著抑制肌肉干细胞的再生能力

为了验证该假说，研究人员通过转录组（RNA-Seq）分析发现Baf60c显著调控骨骼肌中多个分泌因子的表达。通过上述分泌因子进行筛选，作者发现肌肉分泌因子Dkk3可能介导了成熟肌纤维Baf60c对肌肉干细胞再生功能的调控。利用腺相关病毒（AAV）肌肉局部注射表达靶向Dkk3的shRNA，抑制骨骼肌中Dkk3的表达水平能够显著逆转肌纤维Baf60c缺失（BcMKO）引起的肌肉再生功能障碍（图2）。相反，AAV介导的Dkk3过表达能够显著抑制肌纤维特异性Baf60c转基因（MCK-Bc）对肌肉再生功能的促进作用。体外细胞培养实验也进一步证实了Dkk3蛋白对骨骼肌干细胞增殖和分化的直接调控作用。

图2敲降Dkk3显著逆转肌纤维特异性Baf60c敲除引起的肌肉再生功能障碍

为了探究成熟肌细胞中Baf60c如何通过染色质重塑介导的表观遗传机制调控Dkk3的转录，进而影响肌肉干细胞的再生功能。研究人员利用ATAC-Seq技术在全基因组水平分析了Baf60c失活对肌纤维的染色质开放状态和活性的影响。通过对在肌肉中被Baf60c调控的染色质开放区域进行基序分析（motif analysis），结合CUT&Tag、ChIP-Seq、ChIP-on-ChIP、Co-IP等分子细胞生物学实验手段，作者揭示了Baf60c通过与转录因子Six4结合，改变Dkk3基因周围的染色质开放状态，调控Dkk3基因的转录和分泌，从而在骨骼肌干细胞再生功能调控中发挥重要作用（图3）。

图3肌纤维中BAF60c依赖的表观遗传信号通过Dkk3介导的旁分泌机制调控肌肉再生

更重要的是，作者发现在肥胖人群的骨骼肌中Baf60c的表达水平下调，引起Dkk3的mRNA和蛋白水平显著上调，进而导致肥胖人群血液循环中的Dkk3蛋白水平随着体重的增加而不断升高，与BMI呈显著正相关。而敲降Dkk3能显著逆转肥胖引起的小鼠肌肉再生和收缩功能障碍，提示Baf60c介导的Dkk3水平的异常升高可能是肥胖和T2D患者肌肉再生功能障碍的重要原因。

总之，该研究通过构建成熟肌纤维和成体肌肉干细胞特异性Baf60c敲除和转基因小鼠模型，结合AAV介导的体内肌肉基因过表达和敲降技术、活体原位肌肉收缩力检测技术，利用ATAC-Seq、CUT&Tag-Seq和RNA-Seq等多组学分析方法，揭示了成熟肌纤维中Baf60c与转录因子Six4结合，通过染色质重塑介导的选择性转录重编程，调控骨骼肌分泌因子Dkk3的表达和分泌，借助骨骼肌纤维-干细胞之间的对话，在生理（如运动）和病理情况下（如肥胖和T2D）下骨骼肌干细胞再生功能和肌肉组织稳态调控中发挥重要作用（图3）。该研究成果打破传统观念，揭示了成熟骨骼肌细胞除了为肌肉干细胞提供“栖息地”之外，还通过肌肉分泌因子介导的旁分泌途径调控肌肉干细胞的再生潜能和组织稳态。这一“意外”发现有助于阐明肥胖和糖尿病相关肌少症和代谢功能衰退的分子机制，为相关疾病的精准诊疗提供了潜在的生物标志物和新靶点。

澳门·新葡萄新京6663孟卓贤研究员为论文的最后通讯作者, 澳门·新葡萄新京6663为本文第一单位。澳门·新葡萄新京6663医学院徐静雅硕士、连云港市第一人民医院运动医学科李小飞主任、澳门·新葡萄新京6663动科院陈炜博士生为论文共同第一作者。该课题得到澳门·新葡萄新京6663附属第二医院内分泌科单鹏飞教授、中科院生化与细胞所胡苹研究员、澳门·新葡萄新京6663周以?K教授、苏州大学附属第二医院内分泌科冯雨主任的大力支持。研究获得科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、澳门·新葡萄新京6663原创探索培育计划项目等基金项目的资助。