C2C12細胞是什么細胞

C2C12是1977年由以色列魏茨曼科學研究所的Yaffe和Saxel開發(fā)的肌肉母細胞系的衍生物。最初的C2細胞系來自粉碎損傷2小時后的2個月大的正常C3H小鼠股骨肌。C2C12細胞是一種來源于小鼠的骨骼肌肌成纖維細胞系，最初是從成年小鼠的腿部肌肉中分離出來的。這種細胞具有高度的可塑性，能夠在適當的條件下分化為多種細胞類型，如肌肉細胞(肌細胞)和成骨細胞等。C2C12細胞在生物醫(yī)學研究中廣泛應用，特別是在肌肉生物學、遺傳學、藥物篩選和疾病模型等領域。它們被認為是一種理想的細胞模型，用于研究肌肉的形成和功能，以及肌肉相關的疾病和藥物反應。

C2C12細胞的生長特性為貼壁生長，形態(tài)上類似于成纖維細胞，具有梭形。這種細胞的分化速度很快，容易形成可伸縮的肌管并生成特征性的肌蛋白。通過特定的處理，如用骨形成蛋白2(BMP-2)處理C2C12細胞，可以誘導其分化途徑從成肌細胞轉換為成骨細胞。這使得C2C12細胞成為研究肌肉再生和骨骼發(fā)育等生物學過程的重要工具。

在實驗研究中，C2C12細胞常被誘導分化為多核肌管，這種成肌分化在肌肉再生中起重要作用。它是通過一種高度協(xié)調的序列程序來產生成熟的骨骼肌的過程。C2C12細胞的這些特性使得它們成為研究肌肉發(fā)育、再生機制以及開發(fā)相關治療策略的理想模型。

C2C12細胞特征特性

C2C12細胞株是Yaffe D, Saxel O建立的小鼠成肌細胞系的亞株。該細胞分化較快，可形成能收縮的微管，產生特異的肌肉蛋白。在骨形態(tài)形成蛋白(BMP-2)的作用下，該細胞可由成肌細胞分化為成骨細胞。檢測發(fā)現(xiàn)該細胞鼠痘病毒陰性。

C2C12肌肉細胞在高血清條件下可以迅速增殖，并在饑餓狀態(tài)(低血清條件)下分化成肌肉束。肌肉束是收縮型骨骼肌細胞的前身。

這些細胞具有類似肌母細胞的形態(tài)。它們表現(xiàn)出放射狀分支，含有延伸在多個方向上的長纖維。

C2C12細胞的優(yōu)點和缺點

C2C12是一種從骨骼肌組織中培養(yǎng)而得的細胞系，在生物醫(yī)學研究中具有一些優(yōu)勢和限制。以下是我們總結的一些。

C2C12小鼠成肌細胞優(yōu)勢

特征明確：C2C12是一種特征明確的細胞系。已對其細胞形態(tài)學、分化潛能、行為和對刺激的反應等生理和生物學特征進行了廣泛研究。因此，它在研究中的應用可以確保實驗結果的可靠性和重復性。

肌肉分化：C2C12細胞可以分化為肌肉樣細胞，因此是研究肌肉生物學，包括分化、肌肉發(fā)育和肌小管形成的寶貴研究工具。C2C12肌小管表達類似肌肉細胞的收縮蛋白，這有助于細胞長時間分化后的自發(fā)收縮 [1]。

完善的細胞模型：C2C12肌母細胞系是一個有完整文獻記錄的細胞模型，可以幫助了解不同細胞生物學過程，例如氧化應激、活性氧類、葡萄糖代謝、胰島素信號傳導機制、胰島素抵抗和葡萄糖轉運體在細胞和分子水平上的作用 [2]。

C2C12小鼠成肌細胞限制

非人類細胞系：C2C12是小鼠肌母細胞系，這些細胞來自小鼠。因此，它們可能并不能完全代表人體的肌肉生理和生物學。物種特異性的基因表達和細胞代謝差異可能限制了結果在人體中的直接可轉化性。

C2C12小鼠成肌細胞研究應用

目前，C2C12已被廣泛運用于體外代謝疾病研究中，如衰老、糖尿病、肥胖、高脂血癥、肌肉生長、肝脂肪變性和生長障礙等方面。該模型被認為是一種有效的檢測工具，可幫助分析葡萄糖代謝、胰島素信號傳導、胰島素抗性、氧化應激、活性氧和葡萄糖轉運蛋白功能等細胞和分子水平的機制。

C2C12可以用于MOTS-c通過SIRT3誘導C2C12成肌細胞UPRmt的機制研究

MOTS-c是最近發(fā)現(xiàn)的一種由線粒體12S r RNA開放閱讀框編碼的短肽,其主要作用的靶器官是骨骼肌,并且對衰老和SIRT3都具有一定調節(jié)作用。

本實驗將通過利用魚藤酮、SIRT3-si RNA、SIRT3過表達和外源性MOTS-c對C2C12成肌細胞進行干預,驗證

1)SIRT3是否參與調控骨骼肌UPRmt生物效應

2)SIRT3是否能獨立誘發(fā)UPRmt

3)MOTS-c是否通過SIRT3誘導UPRmt。研究方法:本研究實驗對象為C2C12成肌細胞,研究共分為三部分。

部分驗證SIRT3是否參與調控骨骼肌UPRmt生物效應,實驗分組為空白對照組(C)、SIRT3-si RNA組(si RNA)、魚藤酮干預組(ROT)、魚藤酮+SIRT3-si RNA組(ROT+si RNA);

第二部分驗證SIRT3是否能獨立誘發(fā)UPRmt,實驗分組為空質粒組(C)、SIRT3過表達質粒組(SIRT3-OE)、魚藤酮陽性對照組(ROT);

第三部分驗證MOTS-c是否通過SIRT3誘導UPRmt,實驗分組為空白對照組(C)、SIRT3-si RNA組(si RNA)、外源性MOTS-c孵育組(MOTS-c)、MOTS-c+SIRT3-si RNA組(MOTS-c+si RNA)。用DCFH-DA探針法檢測ROS生成水平。

用JC-1探針法檢測線粒體膜電位水平ΔΨ。用Western-blotting實驗方法檢測UPRmt的氧化損傷通路中Fox O3a、SIRT3和SOD2;UPRmt的線粒體基質通路c-Jun、CHOP和HSP60;UPRmt的線粒體膜間腔通路AKT、NRF1和OMI以及對MOTS-c相關通路AMPK的蛋白表達水平。

研究結果

(1) SIRT3是C2C12成肌細胞UPRmt激活的必要條件之一與C組比較,ROT組SIRT3、SOD2、c-Jun、CHOP、HSP60、AKT、NRF1和OMI蛋白表達水平都顯著性升高(P<0.05),Fox O3a蛋白表達水平顯著性升高(P<0.01)。與ROT組比較,ROT+si RNA組HSP60、AKT和NRF1蛋白表達水平顯著性降低(P<0.05),Fox O3a、SIRT3、SOD2、c-Jun、CHOP和OMI蛋白表達水平顯著性降低(P<0.01)。

(2) 單純過表達SIRT3能激活C2C12成肌細胞UPRmt與C組相比,SIRT3-OE組Fox O3a、SOD2、c-Jun、CHOP、AKT、NRF1和OMI的蛋白表達水平都顯著性升高(P<0.05)。

(3) 外源性MOTS-c通過SIRT3途徑激活C2C12成肌細胞UPRmt與C組比較,MOTS-c組Fox O3a、SIRT3、SOD2、c-Jun、CHOP、HSP60、AKT、NRF1、OMI和AMPK蛋白表達水平都顯著性提高(P<0.05)。與MOTS-c組相比,MOTS-c+si RNA組c-Jun、CHOP、AKT、AMPK蛋白表達水平顯著性降低(P<0.05),Fox O3a、SIRT3、SOD2、HSP60、NRF1和OMI蛋白表達水平顯著性降低(P<0.01)。

研究結論:1.SIRT3是C2C12成肌細胞UPRmt激活的必要條件之一。

2. 單純過表達SIRT3亦可激活C2C12成肌細胞UPRmt。

3.外源性MOTS-c可通過SIRT3途徑激活C2C12成肌細胞UPRmt。

肌肉生物學研究

C2C12小鼠肌母細胞常被用作體外模型研究肌肉發(fā)育、代謝和分化。研究人員可以誘導C2C12細胞分化為肌肉樣細胞，以探索參與肌小管形成、肌肉生成和肌肉再生有關的細胞和分子機制。例如，一項研究表明，轉化生長因子β1(TGF-β1)參與調控C2C12細胞增殖和分化。此外，發(fā)現(xiàn)還揭示了microRNA-22通過作用靶向TGFβR1來調節(jié)這些肌肉細胞功能 [3]。

藥物篩選和毒性測試

利用C2C12類肌肉細胞評估潛在的治療劑(化合物或藥物)用于對抗與肌肉相關的疾病。已進行了多項研究，利用C2C12細胞系評估藥物對肌肉細胞代謝、增殖和分化的影響。2023年進行的一項研究調查并提出，Cnidoscolus aconitifolius(chaya)葉提取物可以在C2C12細胞中積極調節(jié)脂肪酸氧化和線粒體生物能量 [4]。類似地，一項研究表明，Moringa oleifera葉提取物可以保護C2C12肌小管免受過氧化氫誘導的氧化應激損傷 [5]。

C2C12小鼠成肌細胞研究文獻

以下是幾篇涉及C2C12細胞的重要且經常引用的文章。

白細胞介素-6通過JAK2-STAT3信號通路在小鼠C2C12肌母細胞系和人體原代肌母細胞中誘導肌源性分化

該論文發(fā)表于2019年的《國際分子科學雜志》。研究提出了白細胞介素-6(IL-6)通過調控JAK2/STAT3信號通路誘導原代人體肌細胞和C2C12肌母細胞系的分化。

樹莓葉提取物對HepG2、CRI-D2和C2C12細胞系葡萄糖代謝的影響

這項研究發(fā)表于2023年的《糖尿病、代謝綜合征和肥胖》雜志上。該研究探討了樹莓葉對C2C12和其他兩種細胞系的葡萄糖代謝的影響。該提取物可能通過激活糖原生成來促進葡萄糖攝取和細胞糖原合成。

小鼠C2C12肌母細胞分化顯著降低了肌肉生長抑制素對細胞內信號傳導的作用

該研究提出，C2C12細胞分化顯著抑制肌肉萎縮素(肌肉大小的重要負調節(jié)因子)對細胞內信號傳導的作用。該論文發(fā)表于2020年的《生物分子》雜志上。

染料木素對小鼠分化的C2C12肌母細胞系中與胰島素通路相關的基因的影響：存在兩種獨立的作用方式的證據

該研究發(fā)表于2018年的《Folia Histochemica et Cytobiologica》雜志上。該研究使用分化的小鼠肌母細胞系C2C12評估了染料木素對與胰島素通路相關的基因的潛在影響。

辣木葉提取物通過SIRT1-PPARα途徑影響C2C12肌小管上的氧化代謝

該研究發(fā)表于2021年的《植物醫(yī)學增刊》雜志上。該研究提出，一種藥用植物——辣木葉提取物通過調節(jié)SIRT1-PPARα途徑促進線粒體生物合成和氧化能量代謝。

參考文獻

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SIRT3 ameliorates osteoarthritis via regulating chondrocyte autophagy and apoptosis through the PI3K/Akt/mTOR pathway.Xu Kai;He Yuzhe;Moqbel Safwat Adel Abdo;Zhou Xing;Wu Lidong;Bao Jiapeng.International Journal of Biological Macromolecules,2021

The transcriptional coactivator CBP/p300 is an evolutionarily conserved node that promotes longevity in response to mitochondrial stress..Li Terytty Yang;Sleiman Maroun Bou;Li Hao;Gao Arwen W;Mottis Adrienne;Bachmann Alexis Maximilien;El Alam Gaby;Li Xiaoxu;Goeminne Ludger J E;Schoonjans Kristina;Auwerx Johan.Nature aging,2021

SIRT3 deficiency is resistant to autophagy-dependent ferroptosis by inhibiting the AMPK/mTOR pathway and promoting GPX4 levels..Han Dandan;;Jiang Lili;;Gu Xiaolong;;Huang Shimeng;;Pang Jiaman;;Wu Yujun;;Yin Jingdong;;Wang Junjun.Journal of cellular physiology,2020

白冰.MOTS-c通過SIRT3誘導C2C12成肌細胞UPRmt的機制研究[D].天津體育學院,2022.DOI:10.27364/d.cnki.gttyy.2022.000057.

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Wong, C.Y., H. Al-Salami, and C.R. Dass, C2C12 cell model: its role in understanding of insulin resistance at the molecular level and pharmaceutical development at the preclinical stage. J Pharm Pharmacol, 2020. 72(12): p. 1667-1693.

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