【Science】重磅!青春重现?可能不再是梦想!

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多少人曾爱慕你年轻时的容颜
可知谁愿承受岁月无情的变迁
多少人曾在你生命中来了又还
可知一生有你我都陪在你身边

——水木年华《一生有你》

时光总是一去不复返，衰老的过程，是每个人、每种生物都要经历的。随着机体的衰老，各方面功能也会逐渐衰退，其中之一就是蛋白质组稳态失衡。蛋白质组稳态主要由3种系统维持：分子伴侣系统、蛋白酶体系统以及溶酶体系统。蛋白质组稳态失衡会诱发多种神经退行性疾病。

在干细胞增殖与分化方面，蛋白质组稳态维持尤其重要。在体内有两种干细胞，一种是增殖的激活干细胞，另一种是不活跃的静息干细胞。关于不同类型干细胞如何维持蛋白质组稳态以及如何处理蛋白聚合体，我们知之甚少。

干细胞的增殖与分化

在大脑中，有一类具有分裂潜能和自更新能力的母细胞，可以分化为神经神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞，它们被称为神经干细胞（Neural Stem Cell, NSC）。神经干细胞同样包含激活神经干细胞（aNSC）和静息神经干细胞(qNSC)，它们分布在室管膜下区（SVZ）。随着年龄增长，qNSC被激活为aNSC的能力越来越低。但是，qNSC的激活机制以及qNSC与aNSC维持蛋白质稳态的机制，我们不甚了解。

啮齿动物与人类的室管膜下区

2018年3月16日，生命科学顶级杂志Science刊登了斯坦福大学Anne Brunet研究组的最新重要工作[1]，他们通过转录组学分析，发现aNSC与qNSC蛋白质稳态维持的系统不同。aNSC含有大量蛋白酶体，而qNSC包含大量溶酶体以及蛋白聚合物。增加衰老qNSC中溶酶体活性可以清除蛋白聚合物，并可增加其活化效率，让它们重新获得年轻的状态。该研究极大提高了人们对神经干细胞领域的认知。

Anne Brunet教授

结果

1.qNSC与aNSC通过不同机制维持蛋白质组稳态

首先，通过转录组分析方法，作者发现aNSC中蛋白酶体相关基因表达量更高，而在qNSC中，溶酶体相关基因表达量更高。他们又通过免疫组化方法，将溶酶体膜蛋白（LAMP-1）染色，发现qNSC中含有更多溶酶体，而且体积也更大。这些溶酶体会与细胞内自噬体结合，形成自噬溶酶体。此外，aNSC中蛋白酶体活性也比qNSC显著更强，与转录组分析结果一致（图1）。

这些结果表明qNSC与aNSC维持蛋白质组稳态的机制不同，qNSC含有更大量的溶酶体，而aNSC具有更高的蛋白酶体活性。

图1 qNSC与aNSC通过不同机制维持蛋白质组稳态

 2.qNSC溶酶体中含有大量不可溶蛋白质聚合物

qNSC与aNSC维稳蛋白质组的机制不同，那么它们的维稳能力是否有差异呢？作者继续应用免疫组化方法，发现qNSC中含有大量蛋白质聚合物，而aNSC中含量很少。这些蛋白质聚合物主要贮存在溶酶体中，其中多数不溶于水。SDS-PAGE结果显示，蛋白质聚合物条带很多，说明其组成成分复杂（图2）。这些结果表明，与aNSC不同，qNSC中含有大量不可溶蛋白质聚合物，即使是在健康的年轻小鼠当中。作者推测，这些蛋白质聚合物很肯具有重要生理学功能。

图2 qNSC溶酶体中含有大量不可溶蛋白质聚合物

      3.qNSC溶酶体活性影响蛋白质聚合物的累积以及qNSC的活化效率

对qNSC而言，其最重要的功能便是受生长因子调控，活化成为aNSC。于是作者希望了解溶酶体活性变化是否会影响其中的蛋白质聚合物，进而影响EGF、bFGF(2种活化生长因子)条件下qNSC的激活。

他们首先加入BafA阻止溶酶体酸化，以降低溶酶体活性。他们发现降低溶酶体活性会增加蛋白质聚合物的累积，并会显著降低qNSC的活化效率；相反，当作者加入TFEB或饥饿化处理来激活溶酶体时，蛋白质聚合物含量显著减少，而且qNSC的活化效率也大幅提升（图3）。

综上，激活溶酶体自噬通路可以清除蛋白质聚合物，并可提高生长因子条件下qNSC的活化效率。

图3 qNSC溶酶体活性影响蛋白质聚合物的累积以及qNSC的活化效率

4.  激活溶酶体恢复大龄小鼠qNSC的活化效率

在已分化的细胞当中，蛋白质组稳态失衡是衰老的典型特征之一。那么，衰老过程是否会影响干细胞的蛋白质组稳态呢？作者分别对年龄较高（19-22个月）的小鼠和年龄较低（3-4个月）的小鼠做转录组学分析，发现qNSC的转录水平变化较大，而aNSC的转录水平几乎不变。而且，年轻小鼠qNSC比大龄小鼠qNSC包含更多的溶酶体，其随年龄的差异远大于aNSC。

接下来，作者探究衰老过程是否会影响蛋白质聚合物的累积。他们发现，大龄小鼠qNSC包含更多的蛋白质聚合物。而在TFEB条件下（图3中激活溶酶体的条件），大龄小鼠qNSC的蛋白质聚合物含量显著下降，说明激活溶酶体可以减少大龄小鼠qNSC中蛋白质聚合物的累积。

过去的研究表明，qNSC的活化效率随年龄增长而逐年降低。作者重复前文的实验，通过EGF、bFGF活化因子激活年轻小鼠或者大龄小鼠的qNSC，发现大龄小鼠qNSC的活化效率显著降低。令人感兴趣的是，通过TFEB激活溶酶体可以恢复大龄小鼠qNSC的激活效率。此外，作者又通过雷帕霉素激活溶酶体，得到了相似的结果（图4）。

综上所述，溶酶体活性的提高可以减少大龄小鼠qNSC中蛋白质聚合物的累积，进而恢复大龄小鼠qNSC的激活效率。

图4 激活溶酶体恢复大龄小鼠qNSC的活化效率

总结

衰老是一种自然过程，其本质是细胞的衰老。在大脑中，神经干细胞具有极高的分化潜能，可以分化为神经神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。神经干细胞又分为qNSC和aNSC，然而对于两种神经干细胞如何维持蛋白质组稳态以及如何处理蛋白质聚合物，我们知之甚少。

本片工作结合转录组学分析以及免疫组化方法，发现qNSC中溶酶体含量较高，而aNSC中蛋白酶体含量较高。此外，qNSC中含有大量的蛋白质聚合物，它们贮存在溶酶体中，而aNSC中没有。最后，他们发现激活大龄小鼠qNSC溶酶体可以降低蛋白质聚合物的累积，从而提升qNSC的活化效率，为老年人神经干细胞重新恢复活力提供了可能，在神经退行性疾病医疗领域中贡献巨大！

和元上海一直关注神经、代谢、肿瘤研究领域的重大研究进展，提供最新工具和研究方案，助力临床转化和基因治疗！

参考文献

1. Leeman, D., et al., Lysosome activation clears aggregates and enhances quiescent neural stem cell activation during aging. Science, 2018. 359(6381): p. 1277-1283