衰老相關干細胞標志物研究進展

袁碩 李嬌 張慶鎬 王科斯 (延邊大學，吉林 延吉 3300；大連大學)

衰老是一種生物學過程，其作為一種不可避免的自然現象，可使機體的組織和器官發生進行性惡化，提高各種疾病的發病率，導致人類死亡率增加，預計到2025年，全球年齡超過65歲的老年人口將會超過8億人次〔1～3〕。衰老的特征包括免疫力失調、機體相關功能衰退、組織器官發生萎縮、皮膚皺紋等〔4～6〕，涉及包括癌癥、炎癥和心血管疾病等在內的許多疾病〔7〕。因此，延緩衰老是醫學領域中的一項重大挑戰。干細胞是機體所有組織、器官和系統的基礎，有自我更新能力〔8〕。其可修復因衰老、先天性缺陷和疾病等影響而發生的組織和器官異常，并在宿主的疾病進展、機體發育和組織修復等各種過程中介導不同的作用〔9～11〕。探尋衰老相關干細胞標記物有助于延緩衰老，治療衰老相關疾病，在研究衰老相關機制方面具有很大潛力。近年來與衰老相關的干細胞標志物的相關研究越來越多，本文對衰老相關干細胞標志物的研究進展進行綜述。

1 CD133與衰老

CD133是一種新型質膜糖蛋白，最初是在小鼠的胚胎神經上皮中發現的〔12〕。CD133是一種腫瘤細胞表面標志物，存在于許多惡性腫瘤組織中〔13〕。其也是一種干細胞標志物，在從胎肝、骨髓、臍帶血和成人外周血分離的造血干細胞或祖細胞中表達〔14〕。 Hassanpour等〔15〕分別對人、狗和小鼠3種不同物種的老年和幼年骨髓樣本進行培養，7 d后評估細胞的形態和克隆形成能力,發現與幼年樣本相比，流式細胞術免疫表型分析結果未顯示老年樣本存在CD133，并且CD133陽性細胞的百分比隨著衰老而降低，表明CD133會隨著年齡的增長而逐漸減少。Okazaki等〔16〕采取小鼠下丘腦中表達CD133細胞的神經球，并在分化條件培養基中培養這些神經球，發現它們可被誘導分化為γ-氨基丁酸(GABA)能神經元。老年性耳聾患者中GABA能神經元表達能力下降，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陽性造血干細胞移植到耳毒性藥物損傷小鼠的內耳中，發現它們能在體外產生新的毛細胞和神經元，增強了內耳纖維細胞及其前體從而改善耳蝸功能，表明CD133為恢復耳聾提供了條件。Sagrinati等〔18〕發現成人腎臟部分頂葉上皮細胞可表達干細胞標志CD133。將CD133+上皮細胞注射到具有急性腎衰竭的小鼠中，可導致小鼠腎單位不同部分的管狀結構再生，并用CD133+上皮細胞治療急性腎功能衰竭后發現其顯著改善了腎臟形態，免疫組化發現腎纖維化程度減少，腎小管壞死得到改善。因此，CD133可從老年醫學和再生醫學角度延緩衰老。

2 富含亮氨酸重復G蛋白耦聯受體(Lgr)5與衰老

在多種類型成體干細胞和祖細胞的調節中，Wnt信號通路起至關重要的作用〔19〕。Lgr5是Wnt信號通路的靶基因，是內胚層衍生器官，包括小腸、結腸、胃、肝臟和胰腺等干細胞的新分子標志物〔20～23〕。Uchida等〔24〕采用來自于幼鼠和老年鼠的腸上皮類器官研究其衰老和表觀遺傳狀態的變化。發現抑制Lgr5誘導后，Wnt信號通路下游的癌基因(Myc)、E3泛素化連接酶(Rnf43)和軸抑制蛋白(Axin2)轉錄水平顯著降低，表明由于靶基因Lgr5失活，Wnt信號傳導途徑受到阻礙，進行微陣列分析鑒定發現干細胞特征與DNA復制相關的基因減少，從而導致細胞衰老、細胞增殖減少。Huch等〔25〕通過體外實驗，用來自小鼠胰腺的導管碎片在培養物中啟動Lgr5表達，每周擴增5倍，持續超過40 w，最后發現含有克隆擴增的Lgr5干細胞單個分離的導管細胞最終可培養成胰腺類器官。所以，作為多個成體器官中的干細胞標志物Lgr5，不僅能促進Wnt信號通路延緩衰老，還可通過誘導離體細胞明確分化，其功能與衰老密不可分。

3 八聚體結合轉化因子(OCT)-4與衰老

OCT-4是復合同源異型結構域轉錄因子家族中的成員〔26〕，位于6號染色體上，是多能干細胞特性的主要調節因子，在細胞多能狀態的調節和維持中起關鍵作用〔27〕。OCT-4是調節各種基因轉錄的轉錄因子，主要表達于胚胎干細胞及生殖干細胞中，對于維持胚胎干細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胞類型的細胞質中，如胚胎干細胞、生殖細胞、原始生殖細胞和生殖細胞腫瘤等，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則間隔的短回文重復序列(CRISPR/Cas9)敲低系統和質粒載體(pCMV)異位表達系統，利用過氧化氫誘導原代人臍靜脈內皮細胞和人主動脈平滑肌細胞衰老，發現OCT-4敲除后可顯著增強過氧化氫介導的DNA損傷，細胞凋亡數目增多。而且敲除OCT-4后發現衰老的關鍵蛋白Lamin B1轉錄下降，表明OCT-4是抵抗衰老的關鍵轉錄因子。體外研究已證明細胞重編程可多能性逆轉細胞年齡，但通過重編程改變衰老過程尚未在體內直接證實。Ocampo等〔31〕通過在早衰的小鼠模型短期循環誘導表達包括OCT-4在內的一部分基因部分重編程結果表明，經過重編程循環的小鼠的葡萄糖耐量試驗顯示葡萄糖水平恢復，具有更高的葡萄糖耐受性，胰島β細胞再生能力增強，肌肉的組織學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，損傷區域中心有核纖維的數量減少。不僅如此，重編程循環后延長了早衰小鼠模型的壽命。因此，OCT-4作為重要的抗衰老轉錄因子，深入研究其機制可抵抗衰老。

4 神經上皮干細胞蛋白(Nestin)與衰老

Nestin是一種細胞骨架蛋白，被歸類為中間絲〔32〕。最初在成年大腦的神經干細胞中發現，現在已知在各種組織和干細胞或祖細胞中表達，如胰島和心臟等〔33～35〕。Nestin與細胞的自我更新、增殖、分化和遷移功能密切相關〔36〕。Liao〔37〕等先從腋窩皮膚中分離出Nestin+祖細胞，并在人皮膚進行4 mm穿孔活檢實驗。與對照組相比，移植Nestin+祖細胞后，可明顯看出人皮膚再上皮化。免疫組化結果顯示，移植Nestin+祖細胞6 d后，皮膚內部傷口邊緣新形成的上皮舌的面積和長度明顯增強。目前Nestin的研究為細胞的再生醫學和老年醫學策略提供了基礎，特別是為治療慢性病皮膚潰瘍提供了新的治療思路。衰老是一個慢性過程，Nestin的研究在修復老化細胞、受損細胞方向有一定條理脈絡，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胞膜中，也能選擇性地表達于哺乳動物造血干細胞表面，并且在內皮祖細胞發育的初始階段和新血管形成早期階段可觀察到CD34的表達〔38，39〕。CD34分子可參與內皮細胞間的相互附著及在新血管形成中的遷移過程，參與體內免疫應答、炎癥發生、凝血、腫瘤轉移等一系列重要生理病理過程〔40～43〕。Ritschka等〔44〕為探索上皮細胞的衰老過程，利用癌基因將原代小鼠角質形成細胞誘導的衰老后進行微陣列分析，發現其表現出CD34等干細胞相關基因表達增加。進一步對感染后2 w的衰老細胞中選定的皮膚干細胞基因進行分析發現CD34等基因的表達增加，提示衰老與CD34分子之間存在著一定的聯系。

綜上，干細胞具有無限復制、補充和修復以維持組織和器官穩態的潛力。衰老的作用機制復雜，通過探究干細胞標志物可以更好地幫助人們利用干細胞的相關作用機制去延緩衰老。目前雖有衰老相關干細胞標志物的研究，但更多更詳細的機制仍需要進一步探究。