衰老相關(guān)干細(xì)胞標(biāo)志物研究進(jìn)展

袁碩 李嬌 張慶鎬 王科斯 (延邊大學(xué)，吉林 延吉 3300；大連大學(xué))

衰老是一種生物學(xué)過(guò)程，其作為一種不可避免的自然現(xiàn)象，可使機(jī)體的組織和器官發(fā)生進(jìn)行性惡化，提高各種疾病的發(fā)病率，導(dǎo)致人類(lèi)死亡率增加，預(yù)計(jì)到2025年，全球年齡超過(guò)65歲的老年人口將會(huì)超過(guò)8億人次〔1～3〕。衰老的特征包括免疫力失調(diào)、機(jī)體相關(guān)功能衰退、組織器官發(fā)生萎縮、皮膚皺紋等〔4～6〕，涉及包括癌癥、炎癥和心血管疾病等在內(nèi)的許多疾病〔7〕。因此，延緩衰老是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。干細(xì)胞是機(jī)體所有組織、器官和系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有自我更新能力〔8〕。其可修復(fù)因衰老、先天性缺陷和疾病等影響而發(fā)生的組織和器官異常，并在宿主的疾病進(jìn)展、機(jī)體發(fā)育和組織修復(fù)等各種過(guò)程中介導(dǎo)不同的作用〔9～11〕。探尋衰老相關(guān)干細(xì)胞標(biāo)記物有助于延緩衰老，治療衰老相關(guān)疾病，在研究衰老相關(guān)機(jī)制方面具有很大潛力。近年來(lái)與衰老相關(guān)的干細(xì)胞標(biāo)志物的相關(guān)研究越來(lái)越多，本文對(duì)衰老相關(guān)干細(xì)胞標(biāo)志物的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 CD133與衰老

CD133是一種新型質(zhì)膜糖蛋白，最初是在小鼠的胚胎神經(jīng)上皮中發(fā)現(xiàn)的〔12〕。CD133是一種腫瘤細(xì)胞表面標(biāo)志物，存在于許多惡性腫瘤組織中〔13〕。其也是一種干細(xì)胞標(biāo)志物，在從胎肝、骨髓、臍帶血和成人外周血分離的造血干細(xì)胞或祖細(xì)胞中表達(dá)〔14〕。 Hassanpour等〔15〕分別對(duì)人、狗和小鼠3種不同物種的老年和幼年骨髓樣本進(jìn)行培養(yǎng)，7 d后評(píng)估細(xì)胞的形態(tài)和克隆形成能力,發(fā)現(xiàn)與幼年樣本相比，流式細(xì)胞術(shù)免疫表型分析結(jié)果未顯示老年樣本存在CD133，并且CD133陽(yáng)性細(xì)胞的百分比隨著衰老而降低，表明CD133會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸減少。Okazaki等〔16〕采取小鼠下丘腦中表達(dá)CD133細(xì)胞的神經(jīng)球，并在分化條件培養(yǎng)基中培養(yǎng)這些神經(jīng)球，發(fā)現(xiàn)它們可被誘導(dǎo)分化為γ-氨基丁酸(GABA)能神經(jīng)元。老年性耳聾患者中GABA能神經(jīng)元表達(dá)能力下降，因此利用CD133治療老年性耳聾取得了一定程度的突破。Revoltella等〔17〕將人臍帶血CD133陽(yáng)性造血干細(xì)胞移植到耳毒性藥物損傷小鼠的內(nèi)耳中，發(fā)現(xiàn)它們能在體外產(chǎn)生新的毛細(xì)胞和神經(jīng)元，增強(qiáng)了內(nèi)耳纖維細(xì)胞及其前體從而改善耳蝸功能，表明CD133為恢復(fù)耳聾提供了條件。Sagrinati等〔18〕發(fā)現(xiàn)成人腎臟部分頂葉上皮細(xì)胞可表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志CD133。將CD133+上皮細(xì)胞注射到具有急性腎衰竭的小鼠中，可導(dǎo)致小鼠腎單位不同部分的管狀結(jié)構(gòu)再生，并用CD133+上皮細(xì)胞治療急性腎功能衰竭后發(fā)現(xiàn)其顯著改善了腎臟形態(tài)，免疫組化發(fā)現(xiàn)腎纖維化程度減少，腎小管壞死得到改善。因此，CD133可從老年醫(yī)學(xué)和再生醫(yī)學(xué)角度延緩衰老。

2 富含亮氨酸重復(fù)G蛋白耦聯(lián)受體(Lgr)5與衰老

在多種類(lèi)型成體干細(xì)胞和祖細(xì)胞的調(diào)節(jié)中，Wnt信號(hào)通路起至關(guān)重要的作用〔19〕。Lgr5是Wnt信號(hào)通路的靶基因，是內(nèi)胚層衍生器官，包括小腸、結(jié)腸、胃、肝臟和胰腺等干細(xì)胞的新分子標(biāo)志物〔20～23〕。Uchida等〔24〕采用來(lái)自于幼鼠和老年鼠的腸上皮類(lèi)器官研究其衰老和表觀遺傳狀態(tài)的變化。發(fā)現(xiàn)抑制Lgr5誘導(dǎo)后，Wnt信號(hào)通路下游的癌基因(Myc)、E3泛素化連接酶(Rnf43)和軸抑制蛋白(Axin2)轉(zhuǎn)錄水平顯著降低，表明由于靶基因Lgr5失活，Wnt信號(hào)傳導(dǎo)途徑受到阻礙，進(jìn)行微陣列分析鑒定發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞特征與DNA復(fù)制相關(guān)的基因減少，從而導(dǎo)致細(xì)胞衰老、細(xì)胞增殖減少。Huch等〔25〕通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，用來(lái)自小鼠胰腺的導(dǎo)管碎片在培養(yǎng)物中啟動(dòng)Lgr5表達(dá)，每周擴(kuò)增5倍，持續(xù)超過(guò)40 w，最后發(fā)現(xiàn)含有克隆擴(kuò)增的Lgr5干細(xì)胞單個(gè)分離的導(dǎo)管細(xì)胞最終可培養(yǎng)成胰腺類(lèi)器官。所以，作為多個(gè)成體器官中的干細(xì)胞標(biāo)志物L(fēng)gr5，不僅能促進(jìn)Wnt信號(hào)通路延緩衰老，還可通過(guò)誘導(dǎo)離體細(xì)胞明確分化，其功能與衰老密不可分。

3 八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)化因子(OCT)-4與衰老

OCT-4是復(fù)合同源異型結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子家族中的成員〔26〕，位于6號(hào)染色體上，是多能干細(xì)胞特性的主要調(diào)節(jié)因子，在細(xì)胞多能狀態(tài)的調(diào)節(jié)和維持中起關(guān)鍵作用〔27〕。OCT-4是調(diào)節(jié)各種基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子，主要表達(dá)于胚胎干細(xì)胞及生殖干細(xì)胞中，對(duì)于維持胚胎干細(xì)胞的多潛能性和自我更新具有極其重要的作用〔28〕。其也定位于許多非多能細(xì)胞類(lèi)型的細(xì)胞質(zhì)中，如胚胎干細(xì)胞、生殖細(xì)胞、原始生殖細(xì)胞和生殖細(xì)胞腫瘤等，但其具體功能尚未確定〔29〕。

Han等〔30〕采用基因治療工具簇狀規(guī)則間隔的短回文重復(fù)序列(CRISPR/Cas9)敲低系統(tǒng)和質(zhì)粒載體(pCMV)異位表達(dá)系統(tǒng)，利用過(guò)氧化氫誘導(dǎo)原代人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞和人主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞衰老，發(fā)現(xiàn)OCT-4敲除后可顯著增強(qiáng)過(guò)氧化氫介導(dǎo)的DNA損傷，細(xì)胞凋亡數(shù)目增多。而且敲除OCT-4后發(fā)現(xiàn)衰老的關(guān)鍵蛋白Lamin B1轉(zhuǎn)錄下降，表明OCT-4是抵抗衰老的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。體外研究已證明細(xì)胞重編程可多能性逆轉(zhuǎn)細(xì)胞年齡，但通過(guò)重編程改變衰老過(guò)程尚未在體內(nèi)直接證實(shí)。Ocampo等〔31〕通過(guò)在早衰的小鼠模型短期循環(huán)誘導(dǎo)表達(dá)包括OCT-4在內(nèi)的一部分基因部分重編程結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)重編程循環(huán)的小鼠的葡萄糖耐量試驗(yàn)顯示葡萄糖水平恢復(fù)，具有更高的葡萄糖耐受性，胰島β細(xì)胞再生能力增強(qiáng)，肌肉的組織學(xué)分析和層粘連蛋白免疫染色顯示肌肉的再生能力得到改善，損傷區(qū)域中心有核纖維的數(shù)量減少。不僅如此，重編程循環(huán)后延長(zhǎng)了早衰小鼠模型的壽命。因此，OCT-4作為重要的抗衰老轉(zhuǎn)錄因子，深入研究其機(jī)制可抵抗衰老。

4 神經(jīng)上皮干細(xì)胞蛋白(Nestin)與衰老

Nestin是一種細(xì)胞骨架蛋白，被歸類(lèi)為中間絲〔32〕。最初在成年大腦的神經(jīng)干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在已知在各種組織和干細(xì)胞或祖細(xì)胞中表達(dá)，如胰島和心臟等〔33～35〕。Nestin與細(xì)胞的自我更新、增殖、分化和遷移功能密切相關(guān)〔36〕。Liao〔37〕等先從腋窩皮膚中分離出Nestin+祖細(xì)胞，并在人皮膚進(jìn)行4 mm穿孔活檢實(shí)驗(yàn)。與對(duì)照組相比，移植Nestin+祖細(xì)胞后，可明顯看出人皮膚再上皮化。免疫組化結(jié)果顯示，移植Nestin+祖細(xì)胞6 d后，皮膚內(nèi)部傷口邊緣新形成的上皮舌的面積和長(zhǎng)度明顯增強(qiáng)。目前Nestin的研究為細(xì)胞的再生醫(yī)學(xué)和老年醫(yī)學(xué)策略提供了基礎(chǔ)，特別是為治療慢性病皮膚潰瘍提供了新的治療思路。衰老是一個(gè)慢性過(guò)程，Nestin的研究在修復(fù)老化細(xì)胞、受損細(xì)胞方向有一定條理脈絡(luò)，利用其特性可延緩衰老。

5 CD34與衰老

CD34分子是一種高度糖基化的跨膜蛋白，分子量為115 kDa，其存在于骨髓中的幾種造血干細(xì)胞膜中，也能選擇性地表達(dá)于哺乳動(dòng)物造血干細(xì)胞表面，并且在內(nèi)皮祖細(xì)胞發(fā)育的初始階段和新血管形成早期階段可觀察到CD34的表達(dá)〔38，39〕。CD34分子可參與內(nèi)皮細(xì)胞間的相互附著及在新血管形成中的遷移過(guò)程，參與體內(nèi)免疫應(yīng)答、炎癥發(fā)生、凝血、腫瘤轉(zhuǎn)移等一系列重要生理病理過(guò)程〔40～43〕。Ritschka等〔44〕為探索上皮細(xì)胞的衰老過(guò)程，利用癌基因?qū)⒃∈蠼琴|(zhì)形成細(xì)胞誘導(dǎo)的衰老后進(jìn)行微陣列分析，發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出CD34等干細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)增加。進(jìn)一步對(duì)感染后2 w的衰老細(xì)胞中選定的皮膚干細(xì)胞基因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)CD34等基因的表達(dá)增加，提示衰老與CD34分子之間存在著一定的聯(lián)系。

綜上，干細(xì)胞具有無(wú)限復(fù)制、補(bǔ)充和修復(fù)以維持組織和器官穩(wěn)態(tài)的潛力。衰老的作用機(jī)制復(fù)雜，通過(guò)探究干細(xì)胞標(biāo)志物可以更好地幫助人們利用干細(xì)胞的相關(guān)作用機(jī)制去延緩衰老。目前雖有衰老相關(guān)干細(xì)胞標(biāo)志物的研究，但更多更詳細(xì)的機(jī)制仍需要進(jìn)一步探究。