撰文 | 風(fēng)

衰老與干細(xì)胞再生能力下降相關(guān)，干細(xì)胞功能的降低會(huì)引起癌癥和許多慢性疾病的發(fā)病率隨年齡升高。因此，解析干細(xì)胞衰老的分子機(jī)制是開展衰老相關(guān)缺陷過程和疾病治療的重要前提。造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cells，HSCs）具有再生能力并維持血細(xì)胞穩(wěn)定。隨著年齡增長，長壽命HSCs功能減退但數(shù)量增加。在年輕個(gè)體中，與大多數(shù)成體干細(xì)胞類似，HSCs主要處于靜息狀態(tài)，而當(dāng)需要造血時(shí)，HSCs能夠重建血液系統(tǒng)（詳見BioArt報(bào)道：；；）。這種靜息狀態(tài)使HSCs能夠維持組織穩(wěn)態(tài)，并在其生命周期中保護(hù)修復(fù)缺陷和受損組織的能力。相反，隨著年齡增長，相當(dāng)一部分造血干細(xì)胞失去靜息狀態(tài)而處于激活和功能受損狀態(tài)。HSCs的激活與體細(xì)胞突變負(fù)荷增加、克隆性造血以及衰老干細(xì)胞庫多樣性降低相關(guān)【1】。此外，衰老HSCs的血系生成失衡，傾向于髓系細(xì)胞生成【2】。這種衰老介導(dǎo)的HSCs異常會(huì)導(dǎo)致老年人免疫缺陷、貧血，并增加髓系惡性腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何增強(qiáng)衰老HSCs再生能力的同時(shí)恢復(fù)其自我更新潛能值得探討。

溶酶體是細(xì)胞內(nèi)降解和清除受損或衰老大分子及細(xì)胞器的中心。因此，溶酶體在營養(yǎng)缺乏等應(yīng)激條件下介導(dǎo)內(nèi)吞、吞噬和自噬降解過程。另外，溶酶體還在細(xì)胞中提供儲(chǔ)存功能，并作為信號樞紐發(fā)揮作用，例如提供平臺(tái)招募和激活mTORC1。研究表明受到調(diào)控的緩慢溶酶體降解過程是小鼠HSCs潛能、靜息狀態(tài)和代謝的關(guān)鍵【3】，提示年齡相關(guān)的溶酶體功能受損可能直接與HSCs衰老相關(guān)。然而，溶酶體在HSCs衰老中的作用而不同于其在自噬中的被動(dòng)介導(dǎo)作用尚不清楚。

今日，美國紐約西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院細(xì)胞、發(fā)育與再生生物學(xué)系Saghi Ghaffari團(tuán)隊(duì)在Cell Stem Cell雜志在線發(fā)表題為Reversing lysosomal dysfunction restores youthful state in aged hematopoietic stem cells的研究文章。該研究揭示溶酶體紊亂介導(dǎo)的代謝和轉(zhuǎn)錄重塑以及炎癥是衰老造血干細(xì)胞功能紊亂的重要因素，靶向溶酶體紊亂是改善造血干細(xì)胞自我更新和發(fā)育潛能的新方向。

既往研究發(fā)現(xiàn)低線粒體膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP）可以作為依據(jù)分選高發(fā)育潛力的HSCs【4】。作者在年輕和衰老小鼠骨髓中分選低和高M(jìn)MP的HSCs。在衰老小鼠，低MMP的HSCs比高M(jìn)MP的HSCs非分裂細(xì)胞比例更高。盡管相比于年輕HSCs，衰老HSCs的線粒體膜電位總體水平降低，但低MMP的衰老HSCs仍保持較高的潛能和靜息狀態(tài)，提示衰老HSCs中低MMP亞群仍相對富含靜息狀態(tài)的干細(xì)胞。

隨后，免疫熒光和PCR證實(shí)衰老HSCs中溶酶體數(shù)量減少，且編碼溶酶體部分蛋白（cathepsin C and D）和酶表達(dá)降低。不僅如此，衰老HSCs中g(shù)alectin-1增加，提示溶酶體損傷。值得注意的是，盡管數(shù)量減少，衰老HSCs溶酶體內(nèi)酸化程度和降解能力卻比年輕HSCs增加。考慮到v-ATPases（vacuolar H+ -adenosine triphosphatase ATPases）對溶酶體酸化和降解能力的重要性，作者使用v-ATPases特異性抑制劑刀豆素A（ConA）處理衰老HSCs，發(fā)現(xiàn)ConA抑制溶酶體活性并使溶酶體增大，類似于年輕靜息狀態(tài)HSCs的溶酶體。這些發(fā)現(xiàn)表明衰老HSCs中v-ATPases介導(dǎo)的酸化導(dǎo)致溶酶體特性改變。由于溶酶體募集并激活mTORC1，作者發(fā)現(xiàn)衰老HSCs中mTOR信號活化，表現(xiàn)為mTOR的溶酶體定位、mTORC1磷酸化以及上游RAGA/B和RHEB表達(dá)的增加。相對應(yīng)的，衰老HSCs糖攝入和糖酵解水平顯著增加。相反，ConA處理可以逆轉(zhuǎn)衰老HSCs中增加的mTOR信號通路和糖酵解代謝至年輕靜息狀態(tài)HSCs的水平。另外，F(xiàn)oxo3是調(diào)節(jié)HSCs靜息和潛能的重要轉(zhuǎn)錄因子，F(xiàn)oxo3缺陷與HSCs衰老有關(guān)【5】。作者同樣發(fā)現(xiàn)衰老HSCs中Foxo3的表達(dá)和核定位降低且Foxo3的上游調(diào)控者SIRT1表達(dá)也顯著降低，而ConA可以恢復(fù)Foxo3和SIRT1的表達(dá)?？傊?，這些結(jié)果提示衰老HSCs溶酶體缺陷改變了細(xì)胞代謝而ConA可以恢復(fù)失能的溶酶體。不僅如此，與激活狀態(tài)對應(yīng)，衰老HSCs相比于年輕HSCs分裂次數(shù)增加，衰老HSCs的高M(jìn)MP亞群分裂次數(shù)也高于低MMP亞群。ConA處理顯著降低衰老HSCs的分裂次數(shù)，且糾正衰老HSCs子代髓系/淋系比例，提示靶向溶酶體可以改善衰老HSCs的功能減退。

最后，作者發(fā)現(xiàn)衰老HSCs中IFN反應(yīng)顯著高于年輕HSCs，表明一種炎癥活化狀態(tài)。由于溶酶體特性和pH狀態(tài)與線粒體特性有關(guān)，分析發(fā)現(xiàn)衰老HSCs中線粒體出現(xiàn)超融合現(xiàn)象和線粒體DNA（mtDNA）的釋放，而ConA處理可以逆轉(zhuǎn)這種缺陷，提示溶酶體紊亂導(dǎo)致線粒體損傷和線粒體DNA釋放。相對應(yīng)地，作者檢測到衰老HSCs中cGAS-STING信號通路的活化，表現(xiàn)為TBK1和IRF3磷酸化和IFNβ表達(dá)的增加。相反，STING抑制劑抑制衰老HSCs中IFNβ的表達(dá)。不僅如此，STING抑制劑也能增加體內(nèi)衰老HSCs的再生能力。ConA處理也能抑制衰老HSCs的IFN反應(yīng)。總之，這些結(jié)果表明溶酶體紊亂通過調(diào)節(jié)線粒體mtDNA介導(dǎo)的cGAS-STING信號通路促進(jìn)內(nèi)源性INN炎癥反應(yīng)。

綜上所述，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)衰老造血干細(xì)胞中存在溶酶體紊亂，表現(xiàn)為體積減少但酸化和降解能力增加。溶酶體紊亂通過改變細(xì)胞代謝和轉(zhuǎn)錄狀態(tài)以及促進(jìn)mtDNA介導(dǎo)的cGAS-STING信號增強(qiáng)IFN炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致衰老HSCs失去靜息和發(fā)育潛能。同時(shí)，抑制溶酶體酸化和降解能力有效改善衰老HSCs的功能，為恢復(fù)老齡個(gè)體的造血能力提供新的策略。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.10.012

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

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