2021-11-29
衰老(lao)(lao)(lao)(lao)和(he)(he)(he)疾病過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)質流失與(yu)(yu)成(cheng)骨(gu)(gu)(gu)和(he)(he)(he)破骨(gu)(gu)(gu)作用的(de)(de)(de)失衡(heng)有關。研究表明(ming)，小鼠骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)干(gan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)（SSC）的(de)(de)(de)固有老(lao)(lao)(lao)(lao)化改變了骨(gu)(gu)(gu)髓(sui)(sui)微(wei)環(huan)境中的(de)(de)(de)信號傳導，扭(niu)曲(qu)了骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)和(he)(he)(he)血(xue)液譜系(xi)(xi)的(de)(de)(de)分化，導致(zhi)脆弱的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)再生(sheng)不良。從功能(neng)上講，衰老(lao)(lao)(lao)(lao)SSC的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)和(he)(he)(he)軟骨(gu)(gu)(gu)形成(cheng)潛能(neng)降低(di)，但產生(sheng)更(geng)多(duo)(duo)的(de)(de)(de)基質譜系(xi)(xi)，表達高(gao)水平的(de)(de)(de)促炎癥(zheng)和(he)(he)(he)促吸(xi)收細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)因子。單細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)RNA測序研究顯示功能(neng)喪(sang)失與(yu)(yu)衰老(lao)(lao)(lao)(lao)小鼠SSC轉(zhuan)錄組多(duo)(duo)樣性(xing)(xing)減少直接(jie)相(xiang)關，這導致(zhi)了骨(gu)(gu)(gu)髓(sui)(sui)微(wei)環(huan)境的(de)(de)(de)轉(zhuan)化。年(nian)(nian)輕(qing)(qing)造血(xue)干(gan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)(de)系(xi)(xi)統重建將老(lao)(lao)(lao)(lao)年(nian)(nian)SSC暴(bao)露于年(nian)(nian)輕(qing)(qing)循環(huan)中，不會逆轉(zhuan)其骨(gu)(gu)(gu)軟骨(gu)(gu)(gu)生(sheng)成(cheng)活性(xing)(xing)的(de)(de)(de)降低(di)，也不會改善(shan)老(lao)(lao)(lao)(lao)年(nian)(nian)小鼠的(de)(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)量(liang)或(huo)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)愈合參(can)數。相(xiang)反，衰老(lao)(lao)(lao)(lao)的(de)(de)(de)SSC譜系(xi)(xi)通過(guo)造血(xue)干(gan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)和(he)(he)(he)祖(zu)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)促進破骨(gu)(gu)(gu)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)活性(xing)(xing)和(he)(he)(he)髓(sui)(sui)樣傾(qing)斜，表明(ming)SSC的(de)(de)(de)老(lao)(lao)(lao)(lao)化是造血(xue)老(lao)(lao)(lao)(lao)化的(de)(de)(de)驅動因素(su)。老(lao)(lao)(lao)(lao)年(nian)(nian)小鼠骨(gu)(gu)(gu)再生(sheng)不足能(neng)夠通過(guo)局部應(ying)用BMP2和(he)(he)(he)CSF1拮抗劑的(de)(de)(de)組合治療恢復到(dao)年(nian)(nian)輕(qing)(qing)水平，從而重新激活老(lao)(lao)(lao)(lao)年(nian)(nian)SSC，同(tong)時清除炎癥(zheng)、促破骨(gu)(gu)(gu)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)環(huan)境。該研究結果(guo)為(wei)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)老(lao)(lao)(lao)(lao)化的(de)(de)(de)復雜(za)、多(duo)(duo)因素(su)機(ji)制(zhi)提供了機(ji)制(zhi)上的(de)(de)(de)見解，并為(wei)老(lao)(lao)(lao)(lao)年(nian)(nian)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)再生(sheng)提供了前景(jing)。
結 論
一、骨骼(ge)干(gan)細胞的功能衰退來(lai)源(yuan)于細胞本身的變(bian)化(hua)而非(fei)環(huan)境。
二、骨骼干細胞的老化直接導(dao)致造血系統出現年(nian)齡相(xiang)關(guan)性的髓系偏移(yi)。
三、老年骨骼(ge)干(gan)細胞的功能衰退是轉錄組(zu)多樣(yang)性喪失的結果。
四、用BMP2結合(he)低(di)劑量aCSF1治療，能夠使老年骨(gu)骼恢復到年輕(qing)的再生水平。
結 果
骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)通過自我更(geng)新，源源不斷生(sheng)成(cheng)新的細(xi)胞(bao)(bao)(bao)，同時(shi)向成(cheng)骨(gu)(gu)(gu)(gu)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)化，促進骨(gu)(gu)(gu)(gu)質新生(sheng)，在骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)發(fa)育和(he)骨(gu)(gu)(gu)(gu)損傷修復(fu)中(zhong)發(fa)揮(hui)重(zhong)要作(zuo)用。為了(le)探究衰老(lao)過程中(zhong)，骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)功能(neng)的變(bian)化，研究人員(yuan)通過骨(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)模型(xing)來檢驗骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干細(xi)胞(bao)(bao)(bao)再生(sheng)能(neng)力(li)。
一、小鼠(shu)骨骼干細胞表(biao)現出內在的衰老，與年齡相關的骨骼干細胞功能下降
研究人員從(cong)(cong)2月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)和(he)(he)(he)24月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)中(zhong)純(chun)化了3000個骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干細胞(bao)(bao)(bao)和(he)(he)(he)骨(gu)(gu)(gu)(gu)-軟(ruan)骨(gu)(gu)(gu)(gu)-基(ji)質祖(zu)細胞(bao)(bao)(bao)，并將其(qi)移(yi)(yi)植到2月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)免疫缺陷小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)腎囊中(zhong)。4周后(hou)，組(zu)織學和(he)(he)(he)micro-CT分析表(biao)明(ming)，受(shou)體(ti)體(ti)內移(yi)(yi)植的(de)(de)2月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)細胞(bao)(bao)(bao)形(xing)(xing)成了堅固(gu)骨(gu)(gu)(gu)(gu)移(yi)(yi)植物(wu)，而移(yi)(yi)植的(de)(de)24月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)細胞(bao)(bao)(bao)形(xing)(xing)成的(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)移(yi)(yi)植物(wu)更(geng)小(xiao)(xiao)(xiao)、礦化程度更(geng)低（圖 1f-h)。比(bi)較(jiao)了2月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)與(yu)24月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)愈(yu)(yu)傷(shang)組(zu)織的(de)(de)活性(xing)，發(fa)現與(yu)24月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)相比(bi)，2月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)痂愈(yu)(yu)合情(qing)況更(geng)好。在骨(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)(zhe)后(hou)第10天，2月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)愈(yu)(yu)傷(shang)組(zu)織愈(yu)(yu)合情(qing)況如圖1a、b所示(shi)。然后(hou)研究者使用流式(shi)細胞(bao)(bao)(bao)術從(cong)(cong)未(wei)骨(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)(zhe)以(yi)及骨(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)(zhe)的(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)中(zhong)分別(bie)提取了骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干細胞(bao)(bao)(bao)和(he)(he)(he)骨(gu)(gu)(gu)(gu)-軟(ruan)骨(gu)(gu)(gu)(gu)-基(ji)質祖(zu)細胞(bao)(bao)(bao)，觀(guan)察到細胞(bao)(bao)(bao)總數隨年(nian)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)增(zeng)長而減少，以(yi)及增(zeng)殖活性(xing)相應(ying)減弱，細胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)凋亡水平略有(you)增(zeng)加（圖 1c，d)。最后(hou)，流式(shi)細胞(bao)(bao)(bao)術分析顯示(shi)，24月(yue)(yue)(yue)齡(ling)(ling)(ling)(ling)(ling)骨(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)(zhe)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)下游骨(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干細胞(bao)(bao)(bao)譜系(xi)均向前髓系(xi)轉移(yi)(yi)（圖 1e)。
圖1
二、老年骨骼干細胞促進造血干細胞的髓系偏移
研究者將2月(yue)齡(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)造血干細(xi)(xi)胞(bao)移植(zhi)(zhi)到(dao)2月(yue)齡(ling)或24月(yue)齡(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)體(ti)內(nei)，12周后，24月(yue)齡(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)體(ti)內(nei)移植(zhi)(zhi)的(de)造血干細(xi)(xi)胞(bao)顯(xian)示出髓(sui)系偏倚（圖2g，h）。同時，24月(yue)齡(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)移植(zhi)(zhi)骨髓(sui)細(xi)(xi)胞(bao)從產生共(gong)同淋巴祖細(xi)(xi)胞(bao)向(xiang)髓(sui)系細(xi)(xi)胞(bao)轉變（圖 2i，j）。而將24月(yue)齡(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)造血干細(xi)(xi)胞(bao)與2月(yue)齡(ling)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)骨骼干細(xi)(xi)胞(bao)基質(zhi)共(gong)培養后，移植(zhi)(zhi)到(dao)2月(yue)齡(ling)受體(ti)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)中，導致外周血髓(sui)系輸出增加，以及(ji)共(gong)同淋巴祖細(xi)(xi)胞(bao)數量(liang)減少（圖 2k-m)。
圖2
三、與年齡相關的骨骼干細胞的多樣性喪失，老年骨骼干細胞促進破骨細胞的生成
對3天（0月）、2月和24月齡小鼠(shu)的(de)表型骨(gu)骼干細(xi)胞(bao)(bao)，進(jin)(jin)(jin)行了(le)單(dan)細(xi)胞(bao)(bao)測序，并進(jin)(jin)(jin)行了(le)細(xi)胞(bao)(bao)篩選，確定了(le)8個轉錄組(zu)譜的(de)亞群(qun)(qun)（圖 3a-c）。基因富集中(zhong)的(de)聚(ju)類(lei)被標識(shi)為軟(ruan)骨(gu)群(qun)(qun)，成骨(gu)群(qun)(qun)，基質群(qun)(qun)，以及“gabra2陽性”群(qun)(qun)。通過(guo)進(jin)(jin)(jin)行細(xi)胞(bao)(bao)追蹤(zong)分析將剩余的(de)聚(ju)類(lei)標識(shi)為潛在(zai)的(de)骨(gu)骼干細(xi)胞(bao)(bao)來源（圖 3d）
圖3
四、老年骨骼生態位的組合靶向治療恢復了年輕骨再生能力
研(yan)究通過(guo)對不(bu)同年(nian)齡(ling)(ling)段的(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干(gan)細(xi)胞(bao)(bao)進(jin)(jin)行基因(yin)表(biao)達(da)分析(xi)，發現(xian)隨著衰老(lao)，骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干(gan)細(xi)胞(bao)(bao)分泌破骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)細(xi)胞(bao)(bao)成熟因(yin)子CSF1增(zeng)(zeng)多，而促進(jin)(jin)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)軟(ruan)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)再生(sheng)(sheng)的(de)因(yin)子TGFβ分泌減少(shao)，故(gu)研(yan)究人員采用BMP2聯(lian)合CSF1拮抗(kang)劑(ji)，BMP2作為TGFβ家族中(zhong)的(de)一員，具有促進(jin)(jin)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干(gan)細(xi)胞(bao)(bao)向(xiang)(xiang)成骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)細(xi)胞(bao)(bao)分化，誘導骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)、軟(ruan)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)生(sheng)(sheng)成，向(xiang)(xiang)24月(yue)齡(ling)(ling)衰老(lao)小鼠(shu)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)斷端注射含有“BMP2+CSF1拮抗(kang)劑(ji)”的(de)水凝膠，就能(neng)(neng)夠使24月(yue)齡(ling)(ling)的(de)小鼠(shu)像2月(yue)齡(ling)(ling)的(de)小鼠(shu)一樣擁有高效骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)修復(fu)能(neng)(neng)力，且骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)折(zhe)斷端的(de)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干(gan)細(xi)胞(bao)(bao)克隆再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)力和成骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)能(neng)(neng)力都(dou)增(zeng)(zeng)強，還成功逆(ni)轉(zhuan)了骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)骼(ge)干(gan)細(xi)胞(bao)(bao)衰老(lao)相關的(de)基因(yin)表(biao)達(da)，使得成骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)、成軟(ruan)骨(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相關的(de)基因(yin)整體(ti)表(biao)達(da)上升(sheng)。
圖4
總結
身體健康(kang)隨著衰(shuai)(shuai)老(lao)的(de)(de)逐(zhu)漸退(tui)化(hua)是非(fei)常基礎而又極具韌(ren)性的(de)(de)醫學課題之(zhi)一。大多數與年齡有關的(de)(de)疾病的(de)(de)病因仍(reng)未完(wan)全清楚，從根本上來說，衰(shuai)(shuai)老(lao)的(de)(de)某些方(fang)面顯然(ran)根植(zhi)于(yu)細胞的(de)(de)內在(zai)變(bian)化(hua)，而干(gan)細胞在(zai)其(qi)中(zhong)無疑(yi)扮演著重(zhong)要的(de)(de)角色，本證明骨(gu)衰(shuai)(shuai)老(lao)根源于(yu)骨(gu)骼(ge)干(gan)細胞的(de)(de)改變(bian)，最終影(ying)響骨(gu)骼(ge)和造(zao)血(xue)譜系的(de)(de)輸出，降低骨(gu)骼(ge)完(wan)整性并限制愈(yu)合能力。提供(gong)了扭(niu)轉年齡性骨(gu)骼(ge)衰(shuai)(shuai)老(lao)的(de)(de)方(fang)法(fa)，使(shi)我們(men)對于(yu)衰(shuai)(shuai)老(lao)過程(cheng)有了更深的(de)(de)理解(jie)。
更多行業資訊，請關注派森諾官網
