吴剑波团队开发延缓间充质干细胞体外复制衰老的新技术

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作者：Alvin

导读：越来越多的证据表明间充质干细胞 (MSC) 在再生医学中的治疗价值。对于体外培养，MSC 必须通过复制、多次扩增，以获得可用、足够数量的细胞。先前的研究显示不同条件下的体外扩增培养的MSC不可避免地会出现复制衰老，也就是说培养代数越高，DNA复制导致的细胞衰老会越多。在高培养代数，MSC的胞体变大，端粒长度缩短，导致复制和分化能力的障碍，也容易引起血液介导的炎症反应。鉴于必须扩大培养以获得足够数量的细胞用于基于细胞的治疗，这极大地阻碍了临床应用。

近日，西南医科大学吴剑波团队在细胞生物学领域的杂志cell communication and signaling在线发表了题为“Photomodulation alleviates cellular senescence of aging adipose-derived stem cells”的研究论文。该研究应用课题组创新性的开发了具有自主知识产权的细治疗转化仪，通过光调作用对脂肪源间充质干细胞（ASCs）的处理，有效提高扩增效率、阻止衰老相关基因在后期传代细胞中的表达。这个过程是通过Opn3 进行调节。ASCs 来源的外泌体明显阻止衰老相关基因的表达，提示外泌体可以作为延缓体外间充质干细胞复制衰老的方法。

https://doi.org/10.1186/s12964-023-01152-x

研究背景

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细胞衰老的发生是由于多种因素造成的，例如体外细胞老化、端粒磨损、辐射、癌基因激活、氧化损伤和线粒体功能障碍。几种与衰老相关的实验性治疗方法，例如抗衰老药、抗氧化剂的研究。探索几种策略来延迟或防止体外培养的MSC的复制衰老。一种这样的策略是探索延缓 MSC 衰老的微环境策略。另一种是使衰老的 MSC 恢复活力。了解与衰老相关的干细胞功能退化所涉及的分子机制和对于开发有效的延缓 MSC 复制衰老新方法新技术至关重要。

光生物调节 (PBM) 是活细胞对光能的代谢和细胞学反应，实现对分子的调控。视蛋白3（Opsin3）是G蛋白偶联受体超家族成员(GPCR)。许多研究已经证明光调作用作为一种有前途的物理方法在各种病理学中的优势，特别是对于细胞和组织再生。

研究过程

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光激活可延缓MSC衰老

我们评估了来自正常脂肪饮食 C57BL/6J 小鼠的培养的 脂肪源间充质干细胞（ASCs） 的细胞衰老体外传代。按照实验模型中的示意时间线，我们观察到 ASCs 的体外传代次数增加导致细胞周期基因 p16 和 p21 以及 p53 在第 5、7 和 9 代的表达显着增加（ P5、P7 和 P9）。相反，当 ASC 在 P3 处被光激活时，无论 P3-P9 是什么，衰老基因的水平都是相同的。p16、p21 和 p53 的表达水平通过 Westernblotting 进一步评估。如图 1E 所示，与 P3 相比，P9 的 ASC 中 p16、p21 和 p53 的水平显着增加。相反，与未经光处理的 P9 相比，光处理导致 P9 的 ASCs 中 p16、p21 和 p53 水平显着降低。

光激活也会降低 ASCs P9 的 SA-β-半乳糖苷酶活性。这些发现表明，光调制有效地降低了细胞衰老体外传代的关键细胞衰老标记物和 SA-β-gal 的表达。为了研究与短端粒相关的细胞衰老，我们在体外传代培养中评估了端粒长度（图 1H）。在非光处理组中，P9 的端粒明显短于 P3。然而，我们观察到光处理显示端粒长度略有变化。未来的研究有必要更准确地定义细胞衰老和端粒之间的关系。

我们探讨了光调制对外泌体分泌的影响。P3 的 ASCs 用光处理 30 分钟。与未经光处理的 ASCs-Exos 相比，经光处理的 ASCs-Exos 的浓度大约增加了五倍。老化的 ASCs 用 ASCs 衍生的外泌体处理 24 小时。用 ASCs-Exos 处理的 P9 显示 p16、p21 和 p53 的 mRNA 水平显着下调。值得注意的是，光激活的 ASCs-Exos 组的水平明显低于非光激活的 ASCs-Exos 组，表明光激活的 ASCs-Exos 在预防细胞衰老方面表现出显着的功效 .

Opn3参与光激活依赖性调节MSC细胞衰老

值得注意的是，光调制在防止细胞衰老方面表现出显着的功效。视蛋白（Opn3 或脑红蛋白）是一类在脂肪组织中发现的光激活、视网膜依赖性 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 。为了研究在体外培养的 ASC 传代过程中由 ASC 表达的 Opn3 的功能，我们比较了从 WT 和 Opn3-/- 小鼠分离的 ASC 的衰老基因表达。Westernblotting 分析证实，与 WT-ASC 相比，Opn3-/-ASC 中的 Opn3 表达显着降低。在 P3阶段，与 WT-ASCs 相比，Opn3 缺陷型 ASCs 显示 p16、p21 和 p53 的 mRNA 水平显着增加，这表明在生理条件下，ASCs 基础 Opn3 表达的主要作用是抗 -衰老。此外，我们没有在 Opn3-/--ASCs 的第 3 代观察到光处理的抑制作用。同样，mRNA p16、p21 和 p53) 的增加水平在 P9 比 P3 高得多，光处理对 Opn3-/-ASC 中的表达没有影响。我们发现 Opn3 是细胞衰老生物标志物的光依赖性调节所必需的，这表明光激活可能会修饰 ASCs 衍生的外泌体，并可能以自分泌/旁分泌的方式影响细胞衰老。

先前的研究表明，外泌体的释放受钙依赖性机制的调节。我们使用 Fura 荧光来测量培养的 ASCs 中细胞质钙浓度的变化。我们的数据显示，与非光激活 ASCs 组相比，光激活显着增加了 WT-ASCs 中的 Ca2+ 浓度。然而，我们没有发现 Opn3-/--ASC 中 Ca2+ 浓度有任何变化。这些数据表明，光调制刺激 ASCs 的外泌体释放与细胞内钙浓度增加和 Opn3 依赖性方式有关。需要进行未来的研究，以研究光调制对 ASCs-Exos 和 miRNA 信号以及其他拟议机制的影响。视蛋白通过涉及细胞内第二信使腺苷 3'、5'-环磷酸腺苷 (cAMP) 的途径与 G 蛋白信号偶联。对来自 ASCs 裂解物的 cAMP 的评估显示，与非光激活的 ASCs 组相比，光激活显示 WT-ASCs 中的 cAMP 显着升高。然而，我们没有发现在光激活不存在或存在的情况下 Opn3-/--ASCs 的 cAMP 水平有任何变化，支持 Opn3 是细胞信号传导和衰老的光依赖性调节所必需的假设。

研究意义

03

综上，ASCs 可以在体外传代中经历细胞衰老。在衰老的 ASC 中，光调制可能在衰老和依赖 Opn3 的激活过程中得到更好的保存。光激活的 ASCs 衍生的外泌体可以作为细胞衰老体外传代的新的保护措施。

参考资料：

https://doi.org/10.1186/s12964-023-01152-x

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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