Nature | 单细胞技术揭示衰老细胞与肌肉再生

研究结果

1、衰老细胞的获取与鉴定

通过心脏毒素(Cardiotoxin，CTX)诱导小鼠的肌肉损伤，分别在0、3、7、14、21天检测荧光素酶活性(CDKN2A)和衰老细胞的标志物(SA-β-gal)的活性。发现衰老细胞在老年组的肌肉中更丰富且存续时间更长，该组的端粒DNA损伤反应(DDR，γH2AX端粒免疫染色)在再生肌肉中也更高。结合免疫组化结果，作者发现衰老细胞在人类和小鼠的受损肌肉中均可被诱导。基于单细胞测序技术，绘制了体内衰老细胞的图谱，并对损伤后新衰老细胞生态位成分进行鉴定。

图1  从小鼠体内分离衰老细胞并鉴定

2、衰老细胞与衰老

作者使用更昔洛韦、达沙替尼和槲皮素作为治疗药物，结合对移植分选的SPiDER^+/-损伤前肌肉的荧光染色结果，证明了衰老细胞不利于肌肉再生。并且发现，无论是短暂的(轻度损伤)还是持续性(慢性损伤)、无论年龄大小，衰老细胞对肌肉再生都是有害的。Bulk RNA-seq分析结果显示，每种细胞类型中，根据细胞状态存在明显的分离，且具有很强的衰老影响。

图2  衰老细胞的衰老影响

3、损伤会加快衰老进程

随着进一步对衰老细胞的研究发现，衰老细胞有促炎性状，可能导致老年小鼠肌肉再生失败。而损伤和衰老会导致压力的积累和炎症/纤维化途径(SASP)的激活，可以进一步加快损伤后的衰老进程。

4、衰老细胞的功能

对所有年龄和时间点的衰老细胞进行差异分析，发现了很多与衰老、促炎、促纤维化相关的基因。富集分析的结果显示，有两个主要功能的上调——炎症，包括补体和凝血、先天免疫系统、脂蛋白重塑、细胞因子和TNF/NF-κB信号通路(Ccl2、Ccl7、Ccl8和Isg15)；纤维化，基质组织和胶原代谢以及TGFβ信号通路(Col3a1、Col6a2和Timp2)。对衰老细胞的染色质的分析结果证实，无论年龄或受伤后的时间如何，肌肉中衰老细胞均具有炎症、纤维化倾向，并会影响肌肉再生。

图4  衰老细胞的富集结果研究

5、CD36调节SASP影响肌肉再生

SASP在体内存在异质性，作者想要寻找一种广泛SASP的靶向方法。发现CD36信号网可以预测NF-κB和其他炎症/应激相关途径的下游激活，以及下游的SASP组分(如Il6、Tgfb1、Mmp3、Igfbp5、Ccl2h和Cxcl10)。经体内验证发现，CD36可以通过调节SASP的产生，影响体内衰老分泌程序，促进骨骼肌细胞增殖，影响肌肉再生。

图5  CD36调节SASP产生促进肌肉再生

结论

参考文献

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