有一天，Eldad Tzahor教授在他的實驗室用顯微鏡看到了一塊牛排。Tzahor的研究中有一部分在研究肌肉組織的修復，他在以色列魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）實驗室的博士後研究員Tamar Eigler博士，一直利用人工培養的肌肉幹細胞做實驗。其中一個實驗在Tzahor的眼前產生了令人震驚的現象，這些細胞已經開始融合成微小的肌肉纖維，並迅速增厚，在幾個小時內形成了相當於整塊肉的大肌肉纖維。

為了解開這種快速轉變背後的分子反應鏈，分子細胞生物系（Molecular Cell Biology Department）的Tzahor和Eigler與生物分子科學系（Biomolecular Sciences Department）研究細胞融合的Ori Avinoam博士合作。這條反應鏈從肌肉幹細胞（稱為肌原細胞）暴露於一種小分子開始，這種小分子能阻斷一種稱為ERK的酶。這種阻斷導致這些細胞開始分化並融合成微小的纖維，並導致另一種酶CaMKII的啟動，最終引發了大規模的肌細胞融合和擴張。這項發現被發表在《Developmental Cell》科學期刊上。

Tzahor說：「由於我們體內的所有肌肉和其他動物（包括牛）的肌肉都是由相同的生物反應生成的，這個發現可以用於肌肉再生的研究和人造肉的生產。」

肌原細胞在胚胎中形成，儘管它們的數量隨著年齡的增長而減少，但這些細胞中的一小部分於我們的一生中會一直留在肌肉纖維上面。當肌肉受傷時，這些幹細胞負責修復和再生損傷的肌肉。為了啟動修復過程，這些細胞必須停止分裂，以便它們能夠成熟並開始彼此融合，並與受傷的肌肉組織融合。

Eigler說：「弄清楚是什麼在調節肌原細胞的融合，對於理解肌肉修復至關重要。沒有融合就沒有再生。」

由Eigler帶領的實驗發現，導致肌原細胞融合的反應途徑可能與肌肉再生有關。當Eigler利用基因工程小鼠剔除這個反應途徑最後的CaMKII酶時，發現缺乏CaMKII酶的小鼠修復損傷肌肉的速度比那些正常產生酶的小鼠緩慢。

這個新方法使科學家們能夠觀察融合是如何隨時間推移而進展的。他們的觀察結果支持了細胞融合具有兩種不同階段的觀點，這個現象曾在果蠅中被發現過但尚未在脊椎動物中被觀察到。Avinoam解釋說：「在初級階段，單核肌原細胞融合在一起形成擁有兩到三個核的肌管。而在第二級階段，融合進入高速發展階段，尚未融合的肌原細胞被吸引來和已經形成的肌管融合，形成含有幾十個甚至幾百個細胞核的肌肉纖維。大部分的融合發生在這個階段。」

縮時攝影的影片顯示，在細胞暴露於ERK阻斷分子後12至16小時，融合過程進入了第二級階段。這時融合過程突然加速，在接下來的12個小時左右，肌肉纖維瘋狂地融合成肉質肌肉。

實驗室培養皿中的所有肌原細胞同步開始融合，這表示它們可能遵循一個製造肌肉的生長程式。而反過來這又顯示，在實驗室中觀察到的過程與人體中肌肉纖維融合的方式密切相關。

在後續實驗中，研究人員證實ERK-CaMKII途徑驅動著幾種從農場動物（包括雞、牛和羊）中培養的肌原細胞的肌肉分化與融合。因此這項研究的發現可能有助於加快人造肉的生產，從而降低其成本。

最近成立的一家新創公司ProFuse Technology將應用此研究結果到食品科技業。魏茲曼科學研究院的技轉部門Yeda Research and Development Company已經獨家授予該公司利用這項技術和涵蓋這項研究的專利的權利。

這項研究在魏茲曼科學研究院別具歷史性的意義。肌肉生長研究的奠基者之一，已故的David Yaffe教授，曾是一名魏茲曼的科學家。他在1960年代為研究這些細胞的分化和融合而開發的肌細胞培養機在幾十年來一直被世界各地的科學家所使用。大約60年後的今天，魏茲曼的科學家所發現的誘導這種分化和融合的新方法可能會大大推動該領域的研究。

參與研究的人員包括Avinoam實驗室的Giulia Zarfati、Dr. Sansrity Sinha和Dr. Nadav Segev；Tzahor實驗室的Emmanuel Amzallag、Avraham Shakked和Dr. Kfir-Baruch Umansky；Ben-Gurion University of the Negev的Yishaia Zabary和Dr. Assaf Zaritsky；Weizmann’s Molecular Genetics Department的Dr. Eyal D. Schejter以及University of Cincinnati College of Medicine的Dr. Douglas P. Millay。

資料來源：

https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/meat-muscle-and-motion-cell-fusion