《Nature》子刊：同濟大學等成功制備神經干細胞衰老模型

　　衰老是指隨時間推移身體組織的機能下降，經常引起衰老相關的退行性疾病，例如：三篇論文深入了解衰老帶來的神經元變化。越來越多證據表明，神經干細胞的衰老，對于中樞神經細胞衰老非常重要。然而，其根本分子機制的闡述卻因為缺乏合適的衰老模型而受阻。

　　2014 年3月13日，來自同濟大學、南通大學、清華大學和英國謝菲爾德大學的研究人員，在《Nature》屬下權威醫學生命科學期刊《Cell Death and Disease》發表的一項研究中，成功制備了一種細胞衰老模型，可廣泛應用于神經干細胞衰老和老化的分子探索。 文章的通訊作者包括同濟大學醫學院的梁愛斌、高正良和徐俊。

　　衰老的特點是成人組織在生理和功能方面的逐漸衰弱，體現在九個共同的特征：基因組不穩定，端粒耗損，表觀改變，蛋白質內穩態缺失，營養感應失調，線粒體功能障礙，細胞衰老，干細胞耗損和細胞間通訊改變。在細胞水平上，這些年齡依賴性退化可能是由細胞大分子(包括蛋白質、RNA和DNA)的破壞和侵蝕引起，通常是細胞壓力和環境刺激的結果。其中，DNA損傷自然增長和DNA修復不足，通常伴有氧化應激和線粒體功能障礙，是引起細胞衰老和老化的一個主要因素。相反，DNA修復途徑可通過保持基因組完整性，來延緩細胞的衰老和老化。人類單基因早衰綜合癥(monogenic progeroid syndromes)幾乎完全由DNA修復基因突變引起，缺乏DNA修復基因也能導致小鼠模型的過早衰老，這最好地說明了DNA損傷控制在衰老過程中的根本重要性。

　　DNA損傷的積累，也可能是驅動常駐(resident)干細胞衰老和最終衰竭的主要力量。小鼠模型中具有DNA修復途徑組分的遺傳病變，通過各種機制，能夠深刻影響常駐干細胞的完整性。例如，在衰老的造血干細胞(HSCs)中積累的DNA損傷，以及DNA損傷修復途徑中的缺陷，可引起HSC不足和造血異常。此外，干細胞中的DNA病變可以將上述兩種情況傳播給子干細胞(daughter stem cells)和下游血統。因此，干細胞應對DNA損傷的能力，將對干細胞完整性及其后代具有深遠的影響。

　　成人神經干細胞(NSCs)對于大腦內穩態必不可少，但是隨著年齡的增長，會出現增殖下降和細胞衰老。增殖降低可增加G0/G1細胞周期阻滯，減少神經元形成，逐漸導致修復和再生能力的缺失，從而引起神經老化和障礙，如嗅覺功能障礙、空間記憶缺失和神經退行性疾病。

　　各種內在因素能夠調節這一功能下降，從而調節大腦的衰老。例如，衰老調控因子(如p16)的年齡依賴性增長，可導致老化NSC庫的減少。成年神經發生對環境壓力(例如DNA損傷)也很敏感。單劑量的10Gay輻射暴露，可導致持久的認知障礙，DNA雙鏈斷裂修復不足可導致早熟的神經發生，最終降低神經元生產。

　　盡管目前已經取得了這些進展，成人NSGs對DNA損傷響應的分子特性及其功能重要性，在很大程度上還不明確。同樣，成人NSCs是否或如何發展代償機制來對抗過度DNA損傷和衰老造成的災難性后果，也不明確。

　　NSCs 老化是一個很難研究的課題，一方面是因為體內實驗材料的稀缺性和不易操作，另一方面，是由于缺乏適當的模型來調控關鍵基因，在相對短的時間內檢測分子機制。因此，在體外建立NSC衰老模型，對于闡明NSC衰老機制至關重要。羥基脲(Hydroxyurea，HU)最初作為一種抗腫瘤藥物，抑制核苷酸還原酶，降低脫氧核苷酸的產量。因此，它可以引發復制叉附近的DNA雙鏈斷裂(DSB)，對于核和線粒體DNA起著DNA復制抑制劑的作用，引起細胞和線粒體應激及功能障礙。它能誘導不同細胞系的衰老樣變化，但是在NSCs中，羥基脲的作用尚不明確。

　　在目前的研究中，研究人員利用一種已經優化的HU程序，處理產后NSCs，成功制備了一種加速的細胞衰老模型。HU處理不僅誘導不可逆的細胞周期停滯和衰老樣形態，而且還引起了衰老相關基因的表達升高，及DNA損傷修復機制的功能障礙。因此，NSCs的增殖能力和神經性分化功能也得以修復。

　　此外，慢性DNA損傷積累和 DNA修復能力下降，伴隨著胞內ROS水平升高和細胞凋亡減少而發生。這些結果表明，由HU處理誘導的NSCs細胞培養物的早衰，能夠概括體內衰老的關鍵因素，從而可作為一種有用的衰老模型。進一步的蛋白質組學分析，解開了不同老化特征相關的分子網絡，表明本研究中的細胞模型，可以廣泛用來解析NSC及神經老化的機制。