干细胞的多样性和再生特性比预期的抗衰老能力更强

　　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加了一项国际研究，重点是肌肉组织中的成体干细胞。这一合作的结果突出了两种不同类型的静止干细胞状态的存在，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，并在衰老时恢复干细胞再生功能。他们的发现，最近发表在《自然--细胞生物学》杂志上，其研究表明干细胞的多样性和再生特性比预期的抗衰老能力更强，保证了干细胞的长期存活和支持组织再生。
　　干细胞具有自我更新的能力，并能分化成所有的细胞类型，帮助再生受损的组织。随着时间的推移，干细胞老化是观察到的组织再生下降的原因之一，但其潜在机制仍不清楚。＂延迟或逆转干细胞功能衰退的可能性是重大挑战之一，＂LCSB计算生物学小组负责人Antonio Del Sol教授解释道。
　　两种不同作用的干细胞状态
　　成体干细胞在其生命的大部分时间里都是静止的：它们长时间休眠，只有在受到刺激时才能激活。然后他们繁衍并获得不同的命运，其中一些形成新的肌肉纤维，而另一些则补充干细胞池。最近的研究表明，静止的干细胞群体是异质的，但是这种异质性在组织修复中的作用以及它是如何在整个生命中进化的还不清楚。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在小鼠身上研究这些问题，并推演出创新的计算方法。
　　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，这两种状态是通过相对表达一种叫做CD34的特定基因来区分的。表达高CD34水平的静止干细胞在损伤后会自我更新，保持干细胞的真正特征(真正状态)，而那些表达水平较低的干细胞则准备分化为肌肉细胞(启动状态)。
　　老年干细胞多样性的保存
　　研究人员进一步表明，真正状态的干细胞被保存到老年：在体内肌肉再生过程中，真正状态的干细胞表现得和年轻的干细胞一样好。尽管如此，在极度年老时，这些干细胞会有一个急剧的功能下降，并转换成启动状态的干细胞。这最后的变化很可能解释了老年时期肌肉能力的急剧恶化，这些结果也是出乎意料的：干细胞的多样性和再生特性比以前预期的更能抵抗衰老。
　　理解潜在的分子机制
　　为了更好地理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据建模探索了所涉及的机制。他们发现了一种在维持两种静止的干细胞状态中起作用的分子通路。首先，一种叫做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，FoxO的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，就像在极度衰老时所看到的那样。这表明寿命长的静止干细胞主要依靠FoxO信号来保持多样性和干细胞性。
　　通过一种新的计算方法，研究人员进一步探索了信号通路，发现两个分子--IGF和Akt--影响FoxO转录因子并调节干细胞状态。
　　对抗年龄增长而形成的肌肉能力下降
　　这项研究着重指出，随着年龄的增长，干细胞失去了异质性。了解如何保存在衰老中肌肉具有最高再生特性的干细胞数量对于促进肌肉再生至关重要，尤其是在老年时期。
　　Del Sol教授说，＂IGF-1/Akt/Foxo信号通路的识别及其在维持静止干细胞异质性方面的作用有助于揭示激活干细胞修复的方法。针对这些分子可以促进干细胞，并构成衰老时真正状态干细胞复苏的一种很有希望的策略，对损伤后的再生产生有益的影响。＂
　　更多信息：Nature Cell Biology (2020) DOI: 10.1038/s41556-020-00593-7