卢森堡大学卢森堡系统生物学中心（LCSB）计算生物学小组的研究人员参与了一项国际性的研究，研究重点是肌肉组织中的成体干细胞。
这项合作的结果强调了两种不同类型的静止干细胞状态的存在，它们具有不同的性质。由于采用了一种新的计算方法，研究人员得以阐明与观察到的干细胞异质性有关的一些分子机制，如何在细胞老年时恢复干细胞的再生功能，获得更强的再生能力。
研究人员发表在《自然细胞生物学》（NatureCellBiology）上的研究结果表明，干细胞的多样性和再生特性比先前预期的更能抵抗衰老，确保延长生存期并支持组织再生，从而改善因肌肉萎缩而衰弱的老年人的健康状况。
骨骼肌的再生依赖一群处于休眠（或静止）状态的肌肉干细胞（或卫星细胞）。处于这种状态的干细胞可被损伤或压力唤醒，从而形成新的肌肉纤维，并扩增出新的干细胞。
随着时间的推移，干细胞老化是导致组织再生能力下降的原因之一，但其潜在机制仍不明确。
LCSB计算生物学组负责人安东尼奥·德尔·索尔教授解释道：”延缓或逆转干细胞功能衰退的可能性是再生医学中最吸引人的挑战之一。”
两种不同作用的干细胞状态
科学家开始对休眠时期的干细胞和激活后的干细胞，进行研究与分析。
来自LCSB的研究人员和来自西班牙、意大利和美国的同事合作，通过创新的计算方法，实验在老鼠身上研究这些问题，从老鼠早期的新生阶段到老年。
他们在未受干扰的骨骼肌中发现了两种静止的干细胞状态，这两种状态是通过一种叫做CD34的特定基因的相对表达来区分的。静止状态下表达高水平CD34的干细胞在损伤后会自我更新，保持干细胞的真正特征（真态），而那些表达低水平CD34的干细胞则被诱导分化为肌肉细胞（激活启动状态）。
老年期干细胞多样性
研究人员进一步表明，真正的干细胞状态可以持续到“老年”：在体内肌肉再生过程中，衰老的干细胞和年轻的干细胞表现得一样好。
其再生能力不会随着时间推移而变化。尽管如此，在极度衰老的干细胞中，这些干细胞的功能还是会急剧下降，并获得激活启动干细胞的特征。
如果这最后的改变，解释了老年人肌肉再生急剧恶化的原因，那么这些结果也是出乎意料的：干细胞的多样性和再生特性比先前预期的更能抵抗衰老。
了解潜在的分子机制
为了更好地了解干细胞异质性是如何随着时间的推移而演变的，研究人员通过计算和数学建模探索了其中的机制。他们发现了一种在维持两种静止干细胞状态中起作用的分子途径。
首先，一种名为FoxO的特定转录因子的活性是维持真正干细胞状态所必需的。相反地，FoxO失活会使真正的状态恶化，导致干细胞获得启动状态的特征，如在极端老年时所见。这表明长期存活的静止干细胞主要依靠FoxO信号来保持多样性。
通过一种新的计算方法，研究人员进一步探索信号通路，发现两个分子Igf和Akt通过影响FoxO转录因子，调节干细胞的状态。
对抗年龄依赖性肌肉萎缩
这项研究强调长寿命的干细胞的异质性丧失，是再生失败的原因。理解如何在老年肌肉中，保存具有最高再生特性的干细胞，对促进肌肉再生至关重要。
德尔索尔教授强调：“识别IGF-1/Akt/FoxO信号通路及其在维持静止干细胞异质性中的作用，有助于揭示激活干细胞修复肌肉的方法。”
未来，以这些分子为靶点，促进干细胞的生长，为老年人干细胞的再生提供了一个潜在策略，帮助肌肉损伤或萎缩后的再生，就能实现抵御衰老，恢复年轻。