衰老造血干细胞数量增5倍，质量跌75%！补充这种蛋白或还有救
造血干细胞是什么？提起它，很多人仅会想到造血。但其实它的健康还与我们的头发、骨骼、免疫力等息息相关。造血干细胞的衰老是导致人们脱发、长白头发、驼背、胸腺退化和骨质疏松的原因之一[1]。
最近，在国际顶级学术期刊Nature Communications《自然·通讯》(影响因子17.694) 上，美国佛罗里达大学发现与创新中心干细胞治疗学主任Jason M. Butler团队发表论文，此论文发现骨髓中的Netrin-1 蛋白是激活干细胞DNA损伤反应的重要因子，补充它能使衰老造血干细胞重返青春[2]。
作为一种多潜能干细胞，造血干细胞具有分化成多种血细胞和免疫细胞的能力，同时还能自我更新。
随着年龄增长，尽管人体内造血干细胞的数量在增加，但其功能却大幅下滑[3]。研究者将衰老造血干细胞移植到年轻个体骨髓内，发现衰老细胞的功能重新回到年轻状态，说明骨髓微环境是影响造血干细胞衰老过程的重要因素[4]。
图注：造血干细胞的分化过程。图源Google
而骨髓微环境中的Netrin-1原本是一种轴突导向因子，能够辅助胚胎神经元的生长发育[5]；更重要的是，它是调节骨髓生态位（造血干细胞生存环境）衰老的重要生长因子[2]。因此，研究者决定以它作为靶点蛋白，研究造血干细胞回春的神奇过程。
同时，派派也为大家总结了迄今为止Netrin-1蛋白在人体不同器官中的作用，可移步文末查看。
1.敲除NTN1后，小鼠怎么样了
我们来看实验过程。首先在本篇论文中，佛罗里达大学研究团队将表达Netrin-1 蛋白的基因NTN1敲除，观察分析小鼠股骨骨髓造血干细胞数量和功能以及骨髓内血管完整性的变化情况。
发现与对照组相比，敲除NTN1后，骨髓造血干细胞数量显著减少，与造血干细胞功能相关的生物标志物表达量显著下降。说明少了Netrin-1蛋白的确会使造血干细胞的数量和功能下降。
图注：a. 敲除NTN-1组（LepR-NTN1）和对照组（CNTL）的造血干细胞数量对比；b, c. 敲除NTN1后，造血干细胞特异表型（功能）下降
另外，NTN1缺失也会使骨髓内血管完整性受损，血管渗漏增加、脂肪细胞积聚，这些都是骨髓衰老的典型表现。
图注：NTN1缺失导致a. 血管完整性受损；i. 骨髓中脂肪积聚
更直观的表现是，16个月的NTN1缺失衰老小鼠显然比同样年龄的对照组小鼠毛发灰白。这说明NTN1的缺失明显作用于身体外在衰老特征。既然NTN1缺失使毛发灰白，我们有理由推测补充NTN1能使白发变黑，建议和已被实验证实能使白发变黑的AKG[6]打一架。
另外，NTN1缺失小鼠骨髓间充质干细胞DNA损伤加强也说明NTN1在干细胞DNA损伤反应（DDR）方面有着重要作用。
图注：NTN1敲除组“尾DNA”比例增加，说明DNA损伤比例增加
2.补充NTN1后，衰老小鼠骨髓变年轻
验证完敲除NTN1的后果，研究者用人造NTN1蛋白治疗衰老小鼠，想看看补充NTN1究竟会达到怎样的效果。他们欣喜地发现，外源补充NTN1降低了骨髓干细胞的DNA损伤比例。
图注：补充NTN1的小鼠骨髓干细胞DNA损伤比例显著下降
以及，补充NTN1后，衰老小鼠的骨髓生态几乎回到了年轻小鼠的水平，不仅血管完整性恢复了，而且骨髓中脂肪细胞的分化也显著降低。看来，NTN1真的有着“骨髓回春”的效果。
图注：补充NTN1后，衰老小鼠骨髓的血管与脂肪情况与年轻小鼠十分接近。
最后，实验结果显示，补充NTN1后，衰老小鼠骨髓内功能造血干细胞数量增加至原来的4倍左右！
图注：Aged NTN1: 补充NTN1的衰老小鼠。功能造血干细胞数量约为对照组4倍。
时光派点评
1996年发表于Nature medicine的一篇论文发现，老年小鼠骨髓中造血干细胞的比例是年轻小鼠的5倍，然而来自老年小鼠的造血干细胞骨髓移植的效率仅为后者的1/4[3]。说明即使造血干细胞数量随年龄增长而增加，也不能补偿干细胞衰老带来的功能缺陷。
关于造血干细胞衰老的原因，目前主流观点有：基因突变[7]、mTOR的激活[8]、P38 MAPK信号通路的抑制[9]、表观遗传改变[10]等，另外，造血干细胞周围支持系统中的细胞因子和酶的活性变化[11]也是其衰老过程中的重要影响因素。
作为细胞外基质蛋白层粘连蛋白家族成员之一，Netrin-1在神经生长发育[3]、动脉粥样硬化形成[12]、心血管疾病治疗[13]等方面都具有重要作用。除此之外，本篇论文又发现了Netrin-1在造血干细胞再生方面的全新作用机制。
通过这篇研究，派派发现干预衰老相关疾病不一定要直接作用于老化细胞，细胞周围的微环境也是决定老化速度的重要因素。期待未来出现更多关于Netrin蛋白及其它细胞外基质蛋白的抗衰新发现。
Netrin-1作用总结
神经系统
胚胎神经发生引导因子[5]
呼吸系统
肺纤维化潜在治疗靶点[14]
循环系统
治疗心肌梗塞，逆转缺血性心脏损伤[13]
泌尿系统
急性肾损伤标志物[15]
消化系统
结直肠癌潜在治疗靶点[16]
内分泌系统
与肥胖人群胰岛素抵抗有关[17]
生殖系统
诊断早期先兆子痫潜在生物标志物[18]
运动系统
与帕金森病运动功能障碍相关[19]
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参考文献
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