Endogēnās cilmes šūnas homeostāzē un novecošanā 2. daļa

 3.2 Oksitocīns

Oksitocīns ir cirkulējošs hormons un neiropeptīds, kura līmenis plazmā samazinās līdz ar vecumu. Muskuļu reģenerācija jauniem dzīvniekiem samazinājās, kad oksitocīns tika inhibēts, un sistēmiska oksitocīna ievadīšana uzlaboja novecojušu muskuļu cilmes šūnu aktivāciju un proliferāciju, aktivizējot MAPK/ERK signālu ceļu, kas palielināja muskuļu reģenerāciju [14]. Kā FDA apstiprinātas zāles oksitocīns tiek uzskatīts par potenciālu terapeitisku un drošu veidu muskuļu novecošanās ārstēšanai. Turklāt, apskaujoties vai savienojoties, izdalās oksitocīns, kam varētu būt arī pretnovecošanās priekšrocības.

Cistanche glikozīds var arī palielināt SOD aktivitāti sirds un aknu audos un būtiski samazināt lipofuscīna un MDA saturu katrā audā, efektīvi attīrot dažādus reaktīvos skābekļa radikāļus (OH-, H2O₂ utt.) un aizsargājot no izraisītiem DNS bojājumiem. ar OH-radikāļiem. Cistanche feniletanoīda glikozīdiem ir spēcīga brīvo radikāļu attīrīšanas spēja, augstāka reducējošā spēja nekā C vitamīnam, tie uzlabo SOD aktivitāti spermas suspensijā, samazina MDA saturu un zināmā mērā aizsargā spermas membrānas darbību. Cistanche polisaharīdi var uzlabot SOD un GSH-Px aktivitāti eksperimentāli novecojošu D-galaktozes izraisītu peļu eritrocītos un plaušu audos, kā arī samazināt MDA un kolagēna saturu plaušās un plazmā, kā arī palielināt elastīna saturu. laba attīrošā iedarbība uz DPPH, pagarina hipoksijas laiku novecojošām pelēm, uzlabo SOD aktivitāti serumā un aizkavē plaušu fizioloģisko deģenerāciju eksperimentāli novecojošām pelēm Ar šūnu morfoloģisko deģenerāciju eksperimenti ir parādījuši, ka Cistanche ir labas antioksidanta spējas un tas var būt zāles ādas novecošanās slimību profilaksei un ārstēšanai. Tajā pašā laikā ehinakozīdam Cistančā ir ievērojama spēja attīrīt DPPH brīvos radikāļus un novērst reaktīvās skābekļa sugas, novērst brīvo radikāļu izraisītu kolagēna noārdīšanos, un tam ir arī laba timīna brīvo radikāļu anjonu bojājumu labošanas ietekme.

Noklikšķiniet uz rou cong rong priekšrocības

【Lai iegūtu plašāku informāciju:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

3.3 Bursicon

Bursicon ir kukaiņu hormons un neiroendokrīnais hormons. Nervu šūnu atbrīvotie neirotransmiteri stimulē neiroendokrīnās šūnas atbrīvot bursikonu asinsritē. Enteroendokrīnās šūnas kuņģa-zarnu traktā izdala bursikonu, kas saistās ar tā receptoru DLGR2 un kavē epidermas augšanas faktora (EGF) ekspresiju. Bursikona un DLGR2 mijiedarbība Drosophila zarnās uztur zarnu cilmes šūnu klusumu [52]. Bursicon tiek uzskatīts par vietējo kontrolieri zarnu cilmes šūnu homeostāzes uzturēšanai.

3,4 HGFA

HGF, no mezenhīma iegūts heparīnu saistošs glikoproteīns, saistās ar c-Met receptoru, un šī mijiedarbība regulē šūnu proliferāciju, šūnu izdzīvošanu, šūnu kustīgumu un audu reģenerāciju, izmantojot tirozīna kināzes ceļu [53, 54]. Daudzi iepriekšējie pētījumi parādīja, ka HGF aktivizēja mierīgo satelītšūnu iekļūšanu šūnu ciklā. 2014. gadā Dr. Tomass Rando un viņa grupa ziņoja, ka satelītšūnas un bojāto muskuļu ekstracelulārā matrica izdala HGF, kas veicina mierīgo satelītšūnu iekļūšanu no G0 stāvokļa uz GAlert stadiju caur mTORC1 lejup pa straumi. signalizācijas ceļš. GAlert šūnas ir sagatavotas proliferācijai un aktivācijai. Traumu izraisīta zema līmeņa HGF sekrēcija stimulē miera stāvoklī esošo satelītšūnu iekļūšanu GAlert stadijā, turpretim ilgstoši traumu izraisīti HGF signāli ātri veicina proliferāciju un aktivizēšanos labošanai [55]. 2017. gadā Rondo grupa parādīja, ka sistēmiskā HGFA injekcija izraisa proteolītisko apstrādi HGF aktivācijai un stimulē GAlert stāvokli skeleta muskuļu cilmes šūnās. HGFA ievadīšana pietiekami nodrošināja cilmes šūnu aktivāciju un audu atjaunošanos; tādējādi HGFA tiek piedāvāts kā potenciāls kandidāts terapeitiskai lietošanai reģeneratīvajā medicīnā [15].

3,5 CCL11

2011. gadā Tony Wyss-Coray un viņa grupa ziņoja, ka CCL11 līmenis asins plazmā ir paaugstināts gados vecākām pelēm un cilvēkiem. CCL11 kavē neiroģenēzi un pasliktina mācīšanos un atmiņu, tāpēc tas tika ierosināts kā cirkulējošs novecošanās faktors, izmantojot heterohroniskas parabiozes eksperimentus [7]. Viena un tā pati grupa ir cīnījusies, lai noteiktu sistēmiskos faktorus, kas saistīti ar novecošanos un audu deģenerāciju, izmantojot proteomisko pieeju. Sešdesmit seši citokīni, kemokīni un izdalītie signalizācijas proteīni tika izmērīti normāli novecojošu peļu plazmā, izmantojot standartizētus, daudzkārtējus ar enzīmu saistītus imūnsorbcijas testus (ELISA; Luminex). No šiem 66 proteīniem CCL2, CCL11, CCL12, CCL19, haptoglobīns un b2-mikroglobulīns (B2M) pieauga vecām pelēm un jaunām heterohroniskas parabiozes pelēm. CCL11 ir ķīmokīns, kas iesaistīts alerģiskās reakcijās, par kurām nav ziņots kā par novecošanas faktoru. Tomēr augsts CCL11 līmenis tiek atklāts kaņepju lietotājiem un cilvēkiem, kuri cieš no kaņepju izraisītas šizofrēnijas [56]. Lai gan šķiet, ka CCL11 ir ar novecošanu saistīta sistēmiska molekula, tieši tas, kā tas veicina novecošanās procesu, ir jāturpina pētīt.

3.6 B2M

Wyss-Coray un Saul A Villeda grupa arī ziņoja, ka B2M ir sistēmisks novecošanās faktors, kas kavē kognitīvo funkciju un neiroģenēzi pelēm [57]. B2M ir galvenā histokompatibilitātes kompleksa I klases (MHC I) molekulu sastāvdaļa, kuru līmenis ir paaugstināts novecojošu cilvēku un peļu asinīs un hipokampā. B2M eksogēna injekcija sistēmiski vai lokāli hipokampā pasliktina no hipokampa atkarīgo kognitīvo funkciju un neiroģenēzi jaunām pelēm, un endogēnā B2M trūkums B2m-/- pelēm novērš ar vecumu saistītu kognitīvo disfunkciju un uzlabo neiroģenēzi vecām pelēm [57]. Turklāt pacientiem ar HIV demenci [58, 59] vai Alcheimera slimību [60] cerebrospinālajā šķidrumā ir konstatēts paaugstināts šķīstošā B2M sistēmiskais līmenis. Spēcīgā saistība starp sistēmisko B2M līmeni un kognitīvo funkciju samazināšanos liecina, ka B2M ir spēcīgs potenciāls novecošanos veicinošs sistēmisks faktors. Lai gan Wyss-Coray un Villeda grupa vēl nav izolējusi nekādus pretnovecošanās faktorus no jaunas plazmas, viņi atklāja, ka jaunas asinis mainīja ar vecumu saistītos veco peļu kognitīvo funkciju un sinaptiskās plastiskuma traucējumus [61]. Turklāt viņi ir veikuši klīnisku izpēti ar cilvēkiem, izmantojot virkni plazmas pārliešanas no jauniem donoriem (\30) gados vecākiem Alcheimera slimniekiem [62]. Ir terapeitiski solīti atjaunojoši faktori, kas varētu pagriezt laiku atpakaļ novecojošajiem cilvēkiem, taču šādi faktori ir tikai sākumpunkts, lai izprastu novecošanos.

4 Cilmes šūnu niša kā pozitīvs vai negatīvs regulators

Kaulu smadzenēs HSC, BMSC un EPC pastāv stingri kontrolētā mikrovidē, nišā, kas veicina klusuma, proliferācijas, pašatjaunošanās un diferenciācijas kontroli. Šo cilmes šūnu nišu veido specializēta šūnu populācija, kas ietver šķīstošus faktorus, piemēram, citokīnus, ķemokīnus un augšanas faktorus, un rada ķīmiskus, fizikālus un mehāniskus signālus skābekļa spriedzei, ārpusšūnu matricām, bīdes spēkiem, temperatūrai, apkārtējam pH līmenim un monoatomiskie joni, kas visi regulē cilmes šūnu uzvedību. Šajā sadaļā aplūkots, cik ar vecumu saistītas izmaiņas šajos nišas šūnu vai mikrovides komponentos ietekmē cilmes šūnu darbību vai pašu cilmes šūnu nišu.

4.1 HSC niša jaunām un vecām kaulu smadzenēm

HSC cilmes šūnu niša, kas satur daudzus šūnu komponentus un to sekrēcijas, regulē HSC homeostāzi un tirdzniecību, izmantojot atšķirīgus mehānismus. BMSC, arteriolu/kapilāru/sinusoīdu endotēlija šūnas, osteoblasti, simpātiskā nervu sistēma, T šūnas un makrofāgi ir atzīti par pozitīviem regulatoriem, savukārt adipocīti un osteoklasti parasti ir negatīvi regulatori (4. attēls). Nestinmid PDGFa? CD51? perivaskulārās šūnas atrodas netālu no HSC un adrenerģiskā nerva un uztur HSC klusumu, izdalot citokīna ķīmokīna (C–X–C motīvs) ligandu 12 (CXCL12) un cilmes šūnu faktoru (SCF) [63]. CXCL{5}}bagātīgas retikulāras (CAR) šūnas, kas ir Nestin? Mx-1? Lepr?Prx-1? MSC līdzīgas šūnas endosteuma tuvumā regulē HSC pašatjaunošanos, proliferāciju un mobilizāciju [64]. Endotēlija šūnas uz arteriolas un sinusoīda atbalsta HSC, izdalot FGF, EGF, DLL1, IGFBP2, ANGPT1, DHH, pleiotropīnu un robainu-2 [12, 65, 66].

Endosteālo cilmes šūnu nišā ir specializēta hipoksiskas imūnās privilēģijas vieta, lai aizsargātu HSC no iekaisuma apvainojumiem. Aptuveni 80 procenti no Lin-Sca1?- KIT? CD41-CD150?CD48- HSC ir atrodami tuvu endosteālajai nišai uz kaula virsmas, un tikai 20 procenti HSC atrodas netālu no kaula centra centrālās vēnas [12]. Endosteālās nišā specializētās osteoblastiskās šūnas (SNO šūnas) nodrošina mierīgus signālus HSC uzturēšanai. SNO šūnas un HSC veido šūnu un šūnu savienojumu ar N-kadherīnu un izraisa b-katenīna mediētu PTEN aktivāciju, kas bloķē PI3K / Akt / mTOR izraisītu šūnu cikla iekļūšanu. Gan SNO šūnas, gan HSC veido adhezīvu savienojumu starp VCAM un VLA4 un starp fibronektīnu un VLA5. SNO šūnas kavē HSC aktivāciju, diferenciāciju un apoptozi, nodrošinot BMP, Jagged un Ang{16}} [67]. Treg šūnas, kas uzkrājas uz endosteālās virsmas, nodrošina imūnsupresijas privilēģijas HSC, izdalot pretiekaisuma citokīnu IL-10. Šķiet, ka HSC atrodas 20 lm attālumā no CD4.CD25?FoxP3? Treg [68]. Simpātiskās nervu sistēmas kaulu smadzenēs arī aizsargā HSC, izdalot TGF-b aktivatoru no nemielinizējošām Švāna šūnām, kas mijiedarbojas ar TGF-b receptoru uz HSC virsmas, lai aktivizētu SMAD2/3 signālu fosforilāciju un izraisītu uzturēšanu un klusumu. HSC [69]. Adrenerģiskais nervs un Nestin? BMSC ļoti izteikti ekspresē HSC uzturēšanas gēnus, tostarp CXCL12, ANGPT1, Kit ligandu un VCAM-1, savukārt adrenerģiskā receptora aktivizēšana samazina šī gēna ekspresiju [70].

Nesen pētnieki ir atklājuši, ka makrofāgiem ir svarīga loma LT-HSC uzturēšanā, kuru izsīkšana ar granulocītu koloniju stimulējošo faktoru (GCSF) aktivizē simpātisku nervu, lai izdalītu norepinefrīnu, kas izraisa HSC izdalīšanos asinīs [71]. CD82/KAI1, kas ir ļoti izteikts uz LT-HSC virsmas, veicina LT-HSC klusumu, mijiedarbojoties ar DARC (CD234) makrofāgos pēc TGF-b1/Smad3 signalizācijas ceļa [72]. Zema CD82 ekspresija ir saistīta ar audzēja progresēšanu. Ir zināms, ka endotēlija DARC izraisa CD82 novecošanos. audzēja šūnas [72]. a-SMA?COX{16}}? monocīti un makrofāgi uztur hematopoētiskās cilmes cilmes šūnas (HSPC), ražojot prostaglandīnu E2, kas kavē ROS veidošanos HSPC, ierobežojot chemokīna CXCL12 ekspresiju stromas šūnās [73]. CD169? makrofāgi kaulu smadzenēs atšķiras no M1/M2 makrofāgu apakštipiem un ekspresē CD206, VCAM- 1 un CCL22 [74]. CD169 (Sialo-adhēzija) ir šūnu adhēzijas molekula, kas atrodas uz makrofāgu virsmas. CD169? makrofāgi veido aptuveni 2,6 procentus no visām kaulu smadzeņu šūnām, atbalsta HSC nišu un veicina HSC aizturi ar Nestin. BMSC un b-adrenerģiskie neironi kaulu smadzenēs [75].

Kādi negatīvie regulatori ietekmē HSC nišu? Pēc apstarošanas un progresējošas novecošanas BMSC mēdz diferencēties adipocītos un aizpildīt smadzeņu telpu, kas, kā tiek saprasts, kavē HSC funkciju. Adipoģenēzes kavēšana uzlabo kaulu smadzeņu atjaunošanos [76]. Tāpat 2017. gadā Ambrosi u.c. [77] izmantoja konkurētspējīgu repopulācijas testu pēc letālas apstarošanas un ziņoja, ka adipocītu uzkrāšanās kaulu smadzenēs aptaukošanās un novecošanās laikā pasliktina uz cilmes šūnām balstītu asinsradi un kaulu reģenerāciju. Kā daļu no šī mehānisma viņi ierosināja, ka kaulos dzīvojošā adipocītu līnija rada pārmērīgu daudzumu dipeptidilpeptidāzes -4 (DPP-4), kas ir mērķis diabēta terapijai, kas varētu pasliktināt HSC nišu. Vēl viens neaizstājams šūnu veids veselīgai HSC nišai ir kaulus noārdošais osteoklasts. Osteoprotegerīna deficīta klienta modeļa pelei osteoklasti degradē endosteālo nišu un izraisa HSC mobilizāciju [78, 79]. Novecojošajos ķermeņos vienlaikus var rasties nišas atbalstošo šūnu izsīkums un kaulu smadzeņu aptaukošanās regulēšana, kas pasliktina normālu HSC homeostāzi.

4.2 BMSC/EPC niša

Gadu desmitiem BMSC pētījumi ir uzsvēruši BMSC galveno lomu brūču dzīšanas un audu reģenerācijā. Tomēr pašreizējā izpratne par šūnām un signāliem, kas veido BMSC nišu, ir ļoti ierobežota. BMSC parasti ir cilmes šūnu maisījumi kaulu smadzenēs. CD31? Ir zināms, ka EPC atrodas cieši blakus BMSC un uzlabo BMSC pašatjaunošanās spēju in vivo un in vitro [80]. Konkrēti, ir zināms, ka EPC esošais fibronektīns, kas ir HSC nišas ekstracelulārās matricas sastāvdaļa, aktivizē integrīnu BMSC un veicina pašatjaunošanos [81, 82]. EPC ir galvenā BMSC nišas bioloģiskā sastāvdaļa un ietekmē BMSC bioloģiskos procesus. IGF-1/IGF-2 saistās ar IGF-1R/IGF-2R uz BMSC un palielina proliferāciju un pašatjaunošanos [83]. CXCL12 uzlabo BMSC koloniju veidošanās spēju, ko veicina b3-adrenerģiskā neirona aktivizēšana un tam seko EPC koloniju veidošanās spējas veicināšana [84].

5 Epiģenētiskas izmaiņas cilmes šūnās novecošanas laikā

Pēdējo desmit gadu laikā uzkrājošie pierādījumi ir atbalstījuši izmaiņas epiģenētiskajā informācijā novecošanas laikā gan cilmes šūnās, gan somatiskajās šūnās. Epiģenētika attiecas uz visām pārmantojamām gēnu ekspresijas izmaiņām, kas nav atkarīgas no DNS sekvencēšanas. Epiģenētiskās modifikācijas genomā un ar DNS saistītajos proteīnos ir nepieciešamas, lai uzturētu bioloģiskos stāvokļus, piemēram, šūnu identitāti, īpaši plaši ietekmējot cilmes šūnas. Epigenomā tiek kodēti dažādi epiģenētisko izmaiņu veidi, tostarp samazināti serdes histoni, histona pēctranslācijas modifikācijas, histonu strukturālie un funkcionālie varianti, DNS metilēšana, hromatīna remodelēšana un mainīta nekodējoša RNS ekspresija gan novecošanas, gan novecošanas laikā. Šīs epiģenētiskās izmaiņas izraisa novirzes gēnu ekspresijā, telomēru saīsināšanos un genoma nestabilitāti [85]. Histonu modifikācijas, piemēram, metilēšana, fosforilēšana, ubikvitinācija un acetilēšana, var darboties atsevišķi vai sinerģiski, lai regulētu gēnu ekspresiju, mainot hromatīna struktūru. Histona metilēšana ir sarežģīts epiģenētisks notikums, kas izraisa dažādus transkripcijas rezultātus atkarībā no lizīna (K) atlikuma, piemēram, K4, K9, K20, K27, K36 un K79. Piemēram, histons H3, kas metilēts uz K4 vai K36, parasti ir saistīts ar aktīviem gēniem, savukārt metilēšana pie K9 un K27 galvenokārt ir saistīta ar gēnu represijām.

DNS metilēšana ir salīdzinoši stabila epiģenētiska modifikācija, ko ierobežo DNS metiltransferāzes enzīmi (DNMT) ar citozīna atlikumiem CpG dinukleotīdos. Hromatīna remodelācija ir ar proteīnu saistīts notikums, kas izraisa hromatīna pārkārtošanos un palīdz piekļūt nukleosomālajai DNS, izmantojot SWItch/saharozes nefermentācijas (SWI/SNF), polikombu grupas (PcG) un Trithorax grupas (TrxG) proteīnus. Gēnu ekspresijas posttranskripcijas regulēšanā piedalās nekodējošās RNS, tai skaitā mikroRNS (miRNS, * 20 nukleotīdi) un ilgi nekodējošās RNS (lncRNS, * 200 nukleotīdi), kuras netiek pārveidotas proteīnos.

5.1. Dažādu sugu un progērijas modeļa epiģenētiskie pētījumi

Bezmugurkaulnieki ir populāri modeļi novecošanas pētījumos, jo tiem ir īss dzīves ilgums un tie nodrošina vieglu ģenētisku un vides manipulāciju. Turklāt parasti tiek izmantoti mugurkaulnieku modeļi, piemēram, peles, žurkas un zebrafish. Rauga gadījumā hromatīna pārveidotāja SWI/SNF (ISW2) noņemšana parādīja replikācijas dzīves ilguma pagarināšanos un atdarināja kaloriju ierobežojumus, mainot nukleosomu pozicionēšanu, kas ir būtiska gēnu ekspresijas regulēšanai [86]. Pēdējo 10 gadu laikā tika konstatēts, ka histona metilēšanas regulatori, piemēram, H3K4me3, H3K27me3 un H3K36me3, ir iesaistīti C. elegans dzīves ilguma regulēšanā [87–89]. Turklāt novecošanas procesā tika apstiprināts paaugstināts galveno metabolītu, piemēram, acetil-CoA, līmenis un palielināta globālā histona acetilēšana, tostarp acetilētais lizīns 12 uz histona H4 (H4K12ac). H4K12ac mutācija pagarināja Drosophila dzīves ilgumu [90]. Galvenokārt vielmaiņas un novecošanas gadījumā zīdītāju sirtuīna proteīnu saime (SIRT1–SIRT7) regulē mitohondriju darbību un uzlabo cilmes šūnu izdzīvošanu. Sirtuīni dezacetilē histonus un vairākus transkripcijas regulatorus šūnu nodalījumos [91]. Pelēm ir veikti pētījumi par novecošanās cēloņiem, pārbaudot priekšlaicīgu novecošanos (progēriju), piemēram, Vernera sindromu un Hačinsona-Gilforda progērijas sindromu (HGPS), ģenētiskus traucējumus, kas izraisa dzīves ilguma saīsināšanu un rodas recesīvas mutācijas rezultātā. Lamīna A gēns, kas izraisa hromatīna modifikācijas, vielmaiņas defektus, cilmes šūnu izsīkumu, šūnu cikla deregulāciju un iekaisumu [92, 93].

5.2. Epiģenētiskas izmaiņas novecojušās cilmes šūnās

DNS/histonu modifikācijas un nekodējošie RNS mediētie mehānismi ir epiģenētiski notikumi, kam ir svarīga loma cilmes/cilmes šūnu funkciju regulēšanā, mainot hromatīna struktūru. Epiģenētiskās izmaiņas pieaugušo cilmes šūnās ir kritiskas novecošanas laikā, jo tās maina cilmes šūnu funkcijas, klonālo sastāvu un cilmes šūnu likteni, ko regulē iekšējie un ārējie epiģenētiskie modifikatori. Aktivizējošā zīme H3K4me3 un represīvā zīme H3K27me3 ir divvērtīgi domēni, kas, domājams, ietekmē attīstības gēnu ekspresiju. Šie divvērtīgie domēni arī ļauj savlaicīgi aktivizēt un represēt, ja nav diferenciācijas signālu [94]. Zīme H3K27me3 ir būtiska, lai saglabātu šo gēnu represēto formu, turpretim zīme H3K4me3/1 var izraisīt aktivāciju pēc diferenciācijas indukcijas ar ārējiem signāliem.

5.3. HSC epiģenētiskās izmaiņas novecošanas un cilmes šūnu hierarhijā

Savstarpējā atkarība starp histona modifikāciju un DNS metilēšanu varētu būt saistīta ar HSC novecošanos. Cilmes šūnās represīvā H3K27me3 zīme jaunos un vecos HSC kopā ar divām hromatīna zīmēm, kas saistītas ar aktīvo transkripciju, H3K4me3 un H3K36me3, ir epiģenētiski profilētas ar ChIP-seq. H3K4me3 klātbūtne HSC novecošanas laikā varētu palielināt pašatjaunošanos vecajos HSC [95]. Turpretim pieaugušo skeleta muskuļu cilmes šūnās vai satelītšūnās H3K4me3 zīmju klātbūtne uzrādīja maz vai vispār neatšķīrās jaunām un vecām pelēm [96]. Šis pretrunīgais rezultāts varētu likt domāt, ka represīvās H3K4me3 zīmes ir citu mehānismu, nevis transkripcijas nomākšanas cēlonis dažādās cilmes šūnās. Turklāt HSC ir saistīti ar H4K16ac aktivizācijas atzīmes zudumu novecošanas laikā [27]. Turklāt ir ziņots, ka Kdm3a un Kdm5b regulē cilmes šūnu novecošanos, jo to līmenis novecošanas procesa laikā samazinās [97, 98]. Lizīna demetilāzes Kdm5b (Jarid1b) iznīcināšana uzlaboja HSC paplašināšanos in vitro un to in vivo limfomieloīdu diferenciācijas potenciālu [99]. Turklāt H3K27me3 histona metilēšana ir galvenais hematopoēzes regulators. Jaunākie pētījumi ir ziņojuši, ka jauniem HSC genoma reģionā bija zems metilēšanas līmenis, kas saistīts ar asins šūnu veidošanos, savukārt novecojušiem HSC bija DNS hipermetilācija genoma reģionos, kas saistīti ar limfoīdo / eritroīdu līniju [100].

Epiģenētiskie regulatori, piemēram, desmit-vienpadsmit translokācijas (Tet) enzīmi, kas regulē demetilāciju, un DNMT, kas izraisa CpG motīvu metilēšanu, novecošanas laikā parādās HSC nodalījumā. Gan Tet2, gan DNMT ir atklāti dažādi ekspresijas līmeņi jauniem un veciem HSC [95]. Nesenais peles pētījums parādīja, ka Tet2 zudums izraisa mieloīdu transformāciju un ļaundabīgus audzējus [101]. DNMT1 spēlē lomu metilēšanas uzturēšanā, un DNMT1 deficīts HSC parādīja mieloīdu novirzi un bojātu pašatjaunošanās procesu [102, 103]. Turklāt DNMT3A un DNMT3B zaudētā funkcija izraisīja HSC diferenciācijas trūkumu [104].

LT-HSC izsaka evolucionāri konservētu miRNS kopu, kas ietver miR-99b, let-7e un miR-125a. miR- 125a ir iesaistīts HSC skaita palielināšanā in vivo astoņkārtīgi un bagātina limfoīdo līdzsvarotus HSC [105, 106]. LncRNA Xist ir būtiska HSC izdzīvošanai; Xist deficīta HSC izraisa patoloģisku hematopoēzi un no vecuma atkarīgu zudumu [107].

5.4 BMSC epiģenētiskās izmaiņas ex vivo šūnu paplašināšanās un diferenciācijas laikā

BMSC epiģenētiskie mehānismi ir salīdzinoši labi izpētīti to terapeitiskā pielietojuma dēļ reģeneratīvajā medicīnā. Epiģenētiskās izmaiņas palīdz regulēt vairāku gēnu ekspresiju, kas saistīti ar BMSC kātu, un dažādu šūnu tipu diferenciāciju, kas satur osteocītus, hondrocītus vai adipocītus.

Li et al. [108] salīdzināja histona H3 acetilēšanas epiģenētiskās modifikācijas agrīnās un vēlīnās pārejas BMSC. Histona H3 acetilēšana ir būtisks notikums BMSC novecošanās un diferenciācijas regulēšanā. Piemēram, H3 acetilācijas līmenis sakrīt ar gēnu ekspresijas līmeņiem tā, ka K9 un K14 histona H3 acetilēšana notiek dažādos gēnos, tostarp Oct4, Sox2, TERT, ALP un Runx2, vēlīnā fragmentā. Histona dezacetilāzes inhibitori veicina apoptozi un novecošanos cilvēka BMSC [109]. DNS metilēšanas līmenis samazinās BMSC novecošanās laikā, un DNMT1 un DNMT3b inhibīcija veicina šūnu novecošanos nabassaites asiņu BMSC, palielinot p16INK4A un p21CIP1/WAF1 ekspresiju [110].

Nesen pētījumos ir pētīti epiģenētiskie mehānismi, kas regulē BMSC diferenciāciju. BMSC osteoģenēzē hromatīna hiperacetilēšana, H3K4me3 histona metilēšana pie HOXA10 gēna promotora un H3K27me3 demetilēšana veicina BMSC osteogēno noteikšanu, izraisot osteogēnā transkripcijas faktora Runx2 aktivāciju [111]. H3K4 un H3K36 histonu metilēšana AP-2a gēnā palielina BMSC osteogēno un odontogēno potenciālu [113]. H3 un H4 acetilēšana pie osteokalcīna gēna vai H3K9 acetilēšana izraisa BMSC osteogēnu diferenciāciju [114, 115]. DNS metilēšana pie osteopontīna promotora samazinās osteogēnas diferenciācijas indukcijas laikā BMSC [116]. Turklāt miR-27a, miR-489, miR-204 un miR- 138 samazina osteogēno diferenciāciju, samazinot sārmainās fosfatāzes, Runx2 vai osterix ekspresiju [117, 118], un miRNS-20A, miR-148b, miRNS-2861 un miR-335 inducē osteogēnu diferenciāciju, aktivizējot BMP/Runx2 [108, 119, 120].

BMSC hondroģenēzes laikā varētu būt iesaistītas histona modifikācijas un nekodējošas RNS, nevis DNS metilēšana. Gēni, kas hondroģenēzes laikā tiek regulēti transkripcijas ceļā, ir apzīmēti ar gēna ķermeņa H3K36me3, gēnu un promotoru 50 galiem H3K4me3 un H3K9ac, kā arī H3K4me1 un H3K27ac [121]. MiR-130b, miR152, miR28 un miR26b ekspresija palielinās hondroģenēzē [122], un miR-145 ekspresija samazinās, kas izraisa pastiprinātu SOX9 ekspresiju [123]. Turklāt miR-29 inducē hondroģenēzi, regulējot FOXO3A [124], un miR-574-3p inhibē hondroģenēzi [125].

Ir veikti tikai daži pētījumi par BMSC adipoģenēzi. H3K4me2 histona metilēšana notiek pie adipogēno gēnu, piemēram, adiponektīna, glut4 un leptīna, promotora [126]. Turklāt zest 2 metiltransferāzes pastiprinātājs (EZH2) inducē adipoģenēzi, trimetilējot H3K27, bet demetilāze KDM6A izraisa osteoģenēzi, noņemot H3K27me3 metilēšanu. EZH2 iznīcināšana palielināja osteoģenēzi, savukārt KDM6A notriekšana palielināja adipoģenēzi [127].

5.5. EPC epiģenētiskās izmaiņas angiogenēzē un novecošanā

Interese par EPC ir palielinājusies, jo tās var izmantot cilmes šūnu terapijā išēmisku traumu gadījumā, lai atvieglotu revaskularizāciju. Epiģenētiskie regulatori, kas palielina endotēlija cilmes šūnu asinsvadu remonta funkciju, piedāvā potenciālus sasniegumus klīniskās pielietošanas stratēģijās. Tiek pētīta epiģenētisko zāļu lietošana, lai mainītu šīs epiģenētiskās zīmes un uzlabotu revaskularizāciju.

EPC histonu modifikācijās pilns divvērtīgo gēnu apjoms starp aktivējošo H3K4me3 zīmi un represīvo H3K27me3 zīmi nav skaidrs. H3K4 metilēšana ir būtiska angiogenēzei, jo lizīnam specifiskā demetilāze 1 (LSD1) nomāc metastāzes un angiogenēzi, izraisot H3K4 demetilāciju [128]. EZH2 ir negatīvs endotēlija šūnu diferenciācijas regulators, kas ir pārmērīgi izteikts vēža šūnās, nomāc diferenciācijas gēnus un saglabā cilmes formu, nogulsnējot represīvās H3K27me3 zīmes [129]. H3K36me3 metiltransferāze ir nepieciešama asinsvadu attīstībai, endotēlija šūnu diferenciācijai un funkcionēšanai [130]. Epiģenētiskās izmaiņas EPC ar palielinātu H3K4m3 un samazinātu H3K9me3 izraisa pro-iekaisuma citokīnu, piemēram, MCP-1 un IL-6, sekrēciju un pasliktina angiopoētisko fenotipu, kas izraisa paaugstinātu sirds un asinsvadu slimību risku [131]. .

DNS metilēšanas / demetilēšanas ieguldījums endotēlija gēnu regulēšanā joprojām ir slikti izprotams. Jaunākie pētījumi ir ziņojuši par represīvām H3K27me3 un DNS metilēšanas zīmēm eNOS promotoros agrīnā EPC, ko var mainīt hipoksiskos apstākļos, lai palielinātu eNOS ekspresiju un tādējādi palielinātu endotēlija piesaisti un diferenciāciju [132]. Ir arī atzīts, ka histona dezacetilāzes enzīmam HDAC1 ir būtiska daļa endotēlija proliferācijas un diferenciācijas kavēšanā [133].

Pētījumi par nekodējošām RNS EPC ir nepārtraukti progresējuši. miR-21, miR-27a, miR-27b, miR-126 un miR{5}}a ir izteiktas EPC, bet ir samazinātas cirkulējošajos EPC. Pacientiem ar cukura diabētu EPC izsaka zemu miR-126 un miR-130 līmeni. MiR-126 inhibēšana samazina proliferāciju un migrāciju, un miR-130 inhibēšana nomāc EPC diferenciāciju [134, 135]. miR-10A* un miR-21 veicina EPC novecošanos, un šo miRNS bloķēšana izraisa pretnovecošanās procesu, uzlabojot angiogēno spēju [136].

6 Iekaisumi un novecošana

Iekaisums ir galvenais patofizioloģisks process, kas aizsargā organismu no infekcijas un novērš traumas. Novecojot, cilvēki saskaras ar daudzām infekcijām un slimībām, kā arī veido antigēnu slogu, kas var izraisīt nelīdzsvarotus iekaisuma apstākļus. Novecošanas laikā palielināts taukaudu daudzums, ko izraisa augsta glikozes/tauku diēta, samazināts dzimumhormonu līmenis, smēķēšana un stress, kopā izraisa hronisku, zemas pakāpes sistēmisku iekaisumu. Tā sauktais iekaisums [8, 9] izraisa ar vecumu saistītas slimības, piemēram, sirds un asinsvadu slimības, vēzi, diabētu un osteoporozi [137]. Ir veikti daudzi pētījumi par saistību starp novecošanu, iekaisumu un slimībām. Gados vecākiem cilvēkiem palielinās pro-iekaisuma citokīnu un kemokīnu līmenis. IL-6, TNF-a, IL-1b un C-reaktīvais proteīns (CRP), kas izdalās aknās, reaģējot uz IL-6, palielina gados vecākiem cilvēkiem [137]. Tiek uzskatīts, ka pro-iekaisuma marķieri prognozē ar vecumu saistītas slimības, piemēram, sirds un asinsvadu slimības, vēzis, diabēts, osteoporoze [137] un neirodeģeneratīvi traucējumi, piemēram, Alcheimera slimība [138]. Turklāt ar HIV inficētiem pacientiem var rasties priekšlaicīga novecošana hroniska iekaisuma un imūnsistēmas novecošanās dēļ, kas izraisa T-šūnu disfunkciju un cilmes šūnu izsīkumu [139]. Hronisks iekaisums izraisa oksidatīvo stresu, mitohondriju disfunkciju, ar vecumu saistītas slimības, mieloīdu diferenciāciju, telomēru saīsināšanu, epiģenētiskas modifikācijas utt. [140]. Joprojām ir noslēpums, vai iekaisums ir novecošanas cēlonis vai iznākums.

6.1. Iekaisumi un cilmes šūnu novecošanās

Novecojušas cilmes šūnas uzrāda koloniju veidojošo vienību un augšanas faktora/citokīnu/kemokīnu izdalīšanās pazemināšanos. HSC klusumu un aizturi atbalsta asinsvadu endotēlija augšanas faktors (VEGF), TGF-b1 un IL-10, kas visi darbojas kā pretiekaisuma signāli [12]. Tomēr gados vecākām kaulu smadzenēm šie faktori samazinās un palielinās iekaisuma signāli, kas izraisa imunogenitāti. Iekaisuma signāli darbojas kā ārkārtas izsaukumi HSC. 1 stundas laikā pēc infekcijas, ko izraisījusi E. Coli iegūta LPS injekcija, LPS sasniedz kaulu smadzenes, mijiedarbojas ar TLR4 uz HSC un izraisa proliferāciju [10, 141]. IFN, piemēram, IFN-a un IFN-c, iedarbojas tieši uz HSC, lai pārvietotu mierīgos HSC proliferācijas un diferenciācijas stadijās. Stresa apstākļos, piemēram, bakteriālas vai vīrusu infekcijas gadījumā, citotoksiskais CD8? T šūnas un HSC izdala IFN-c, kas izraisa mieloīdo transkripcijas faktoru C/EBPa un Runx1 ekspresiju HSC [142] un CD4. T šūnas ražo IFN-c, izmantojot TLR/MyD88 ceļu [143]. Aktivizētie BMSC un HSC ražo IL-1, IL-6, TNF-a, G-CSF un granulocītu-makrofāgu koloniju stimulējošu faktoru (GM-CSF) [141], kas izraisa mieloīdu novirzi. diferenciācija, mobilizācija un izplatīšana [141–144]. Šie rezultāti liecina, ka pretiekaisuma terapija, kas kontrolē iekaisuma signālus kaulu smadzeņu mikrovidē, var modulēt cilmes šūnu likteni.

6.2. Cilmes šūnu novecošanās pretiekaisuma kontrole

Pirms desmit gadiem Bente K Pedersen publicēja rakstu ar nosaukumu “Pretiekaisuma līdzeklis — tikai vēl viens vārds pretnovecošanās novēršanai?” ​​[145]. Viņš ziņoja, ka ar vecumu saistītu un hronisku iekaisuma slimību, piemēram, aterosklerozes, diabēta, sirds un asinsvadu slimību, Alcheimera slimības un vēža gadījumā, nesteroīdo pretiekaisuma līdzekļu ievadīšana sistēmiskā koncentrācijā samazinātu rašanās biežumu un novērstu iekaisuma izraisīto iekaisumu. olbaltumvielu sintēzes kavēšana gados vecākiem cilvēkiem [145]. Piemēram, salsalāts, pretiekaisuma līdzeklis, kas inhibē NF-jB un salicilskābes dimēru, samazina sistēmisku iekaisumu un novērš 2. tipa cukura diabētu pieaugušajiem ar aptaukošanos [146]. Dr. Tomass fon Zglinicki un viņa grupa pētīja zemas pakāpes iekaisuma nfkb1-/- nokautas peles, kuras priekšlaicīgi noveco un kurām ir samazināta reģenerācijas spēja aknās un zarnās [147]. Kb-/- fibroblasti, izmantojot atgriezeniskās saites cilpu, palielināja NF-kB, COX-2 un ROS, izraisot DNS bojājumus, piemēram, telomēru disfunkciju un novecošanos. Tomēr pretiekaisuma vai antioksidantu ievadīšana atjaunoja audu reģenerāciju [147]. Turklāt viņa komanda izmērīja Japānas simtgadnieku asins šūnu skaitu, vielmaiņu, aknu un nieru darbību, telomēra garumu un iekaisuma līmeni [148]. Viņi ziņoja, ka simtgadniekiem uzrādīja garāku telomēru garumu nekā pārējiem iedzīvotājiem, kā arī to, ka iekaisums ir svarīgs novecošanās cēlonis ļoti veciem cilvēkiem. Imūnmodulācijai un drošākām pretiekaisuma zālēm ir vislielākais potenciāls, un tās ir labas terapijas kandidātes, lai veicinātu veselīgu dzīves ilgumu [148].

7 Cilmes šūnu pašatjaunošanās un tirdzniecība: cerības uz audu atjaunošanos un pretnovecošanos

Paredzams, ka cilmes šūnas ar atšķirīgu potenciālu, piemēram, pieaugušo cilmes šūnas, embrionālās cilmes šūnas un inducētas pluripotentas cilmes šūnas, tiks izmantotas, lai labotu audu zudumu un ievainojumus funkcionālai atveseļošanai pēc dažādām deģeneratīvām slimībām un traumām. Klīniskajam mērķim ir jāatrisina vairākas būtiskas problēmas, piemēram, labi kontrolēta cilmes šūnu diferenciācija, masveida cilmes šūnu ražošana, augstās ex vivo šūnu kultūras izmaksas, zema transplantācija transplantācijas vietā un īss terapeitisko šūnu pussabrukšanas periods. pieteikumus iepriekš. No otras puses, endogēnas pieaugušo vai audu cilmes šūnas, kas rezervētas ķermeņa audos un orgānos, varētu izmantot audu atjaunošanai bez sarežģītas ex vivo šūnu kultūras, ja var identificēt mazas molekulas vai augšanas faktorus, kas regulē cilmes šūnu pašatjaunošanos un tirdzniecību. .

【Lai iegūtu plašāku informāciju:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】