衰老相关干细胞标志物研究进展

袁硕 李娇 张庆镐 王科斯 (延边大学，吉林 延吉 3300；大连大学)

衰老是一种生物学过程，其作为一种不可避免的自然现象，可使机体的组织和器官发生进行性恶化，提高各种疾病的发病率，导致人类死亡率增加，预计到2025年，全球年龄超过65岁的老年人口将会超过8亿人次〔1～3〕。衰老的特征包括免疫力失调、机体相关功能衰退、组织器官发生萎缩、皮肤皱纹等〔4～6〕，涉及包括癌症、炎症和心血管疾病等在内的许多疾病〔7〕。因此，延缓衰老是医学领域中的一项重大挑战。干细胞是机体所有组织、器官和系统的基础，有自我更新能力〔8〕。其可修复因衰老、先天性缺陷和疾病等影响而发生的组织和器官异常，并在宿主的疾病进展、机体发育和组织修复等各种过程中介导不同的作用〔9～11〕。探寻衰老相关干细胞标记物有助于延缓衰老，治疗衰老相关疾病，在研究衰老相关机制方面具有很大潜力。近年来与衰老相关的干细胞标志物的相关研究越来越多，本文对衰老相关干细胞标志物的研究进展进行综述。

1 CD133与衰老

CD133是一种新型质膜糖蛋白，最初是在小鼠的胚胎神经上皮中发现的〔12〕。CD133是一种肿瘤细胞表面标志物，存在于许多恶性肿瘤组织中〔13〕。其也是一种干细胞标志物，在从胎肝、骨髓、脐带血和成人外周血分离的造血干细胞或祖细胞中表达〔14〕。 Hassanpour等〔15〕分别对人、狗和小鼠3种不同物种的老年和幼年骨髓样本进行培养，7 d后评估细胞的形态和克隆形成能力,发现与幼年样本相比，流式细胞术免疫表型分析结果未显示老年样本存在CD133，并且CD133阳性细胞的百分比随着衰老而降低，表明CD133会随着年龄的增长而逐渐减少。Okazaki等〔16〕采取小鼠下丘脑中表达CD133细胞的神经球，并在分化条件培养基中培养这些神经球，发现它们可被诱导分化为γ-氨基丁酸(GABA)能神经元。老年性耳聋患者中GABA能神经元表达能力下降，因此利用CD133治疗老年性耳聋取得了一定程度的突破。Revoltella等〔17〕将人脐带血CD133阳性造血干细胞移植到耳毒性药物损伤小鼠的内耳中，发现它们能在体外产生新的毛细胞和神经元，增强了内耳纤维细胞及其前体从而改善耳蜗功能，表明CD133为恢复耳聋提供了条件。Sagrinati等〔18〕发现成人肾脏部分顶叶上皮细胞可表达干细胞标志CD133。将CD133+上皮细胞注射到具有急性肾衰竭的小鼠中，可导致小鼠肾单位不同部分的管状结构再生，并用CD133+上皮细胞治疗急性肾功能衰竭后发现其显著改善了肾脏形态，免疫组化发现肾纤维化程度减少，肾小管坏死得到改善。因此，CD133可从老年医学和再生医学角度延缓衰老。

2 富含亮氨酸重复G蛋白耦联受体(Lgr)5与衰老

在多种类型成体干细胞和祖细胞的调节中，Wnt信号通路起至关重要的作用〔19〕。Lgr5是Wnt信号通路的靶基因，是内胚层衍生器官，包括小肠、结肠、胃、肝脏和胰腺等干细胞的新分子标志物〔20～23〕。Uchida等〔24〕采用来自于幼鼠和老年鼠的肠上皮类器官研究其衰老和表观遗传状态的变化。发现抑制Lgr5诱导后，Wnt信号通路下游的癌基因(Myc)、E3泛素化连接酶(Rnf43)和轴抑制蛋白(Axin2)转录水平显著降低，表明由于靶基因Lgr5失活，Wnt信号传导途径受到阻碍，进行微阵列分析鉴定发现干细胞特征与DNA复制相关的基因减少，从而导致细胞衰老、细胞增殖减少。Huch等〔25〕通过体外实验，用来自小鼠胰腺的导管碎片在培养物中启动Lgr5表达，每周扩增5倍，持续超过40 w，最后发现含有克隆扩增的Lgr5干细胞单个分离的导管细胞最终可培养成胰腺类器官。所以，作为多个成体器官中的干细胞标志物Lgr5，不仅能促进Wnt信号通路延缓衰老，还可通过诱导离体细胞明确分化，其功能与衰老密不可分。

3 八聚体结合转化因子(OCT)-4与衰老

OCT-4是复合同源异型结构域转录因子家族中的成员〔26〕，位于6号染色体上，是多能干细胞特性的主要调节因子，在细胞多能状态的调节和维持中起关键作用〔27〕。OCT-4是调节各种基因转录的转录因子，主要表达于胚胎干细胞及生殖干细胞中，对于维持胚胎干细胞的多潜能性和自我更新具有极其重要的作用〔28〕。其也定位于许多非多能细胞类型的细胞质中，如胚胎干细胞、生殖细胞、原始生殖细胞和生殖细胞肿瘤等，但其具体功能尚未确定〔29〕。

Han等〔30〕采用基因治疗工具簇状规则间隔的短回文重复序列(CRISPR/Cas9)敲低系统和质粒载体(pCMV)异位表达系统，利用过氧化氢诱导原代人脐静脉内皮细胞和人主动脉平滑肌细胞衰老，发现OCT-4敲除后可显著增强过氧化氢介导的DNA损伤，细胞凋亡数目增多。而且敲除OCT-4后发现衰老的关键蛋白Lamin B1转录下降，表明OCT-4是抵抗衰老的关键转录因子。体外研究已证明细胞重编程可多能性逆转细胞年龄，但通过重编程改变衰老过程尚未在体内直接证实。Ocampo等〔31〕通过在早衰的小鼠模型短期循环诱导表达包括OCT-4在内的一部分基因部分重编程结果表明，经过重编程循环的小鼠的葡萄糖耐量试验显示葡萄糖水平恢复，具有更高的葡萄糖耐受性，胰岛β细胞再生能力增强，肌肉的组织学分析和层粘连蛋白免疫染色显示肌肉的再生能力得到改善，损伤区域中心有核纤维的数量减少。不仅如此，重编程循环后延长了早衰小鼠模型的寿命。因此，OCT-4作为重要的抗衰老转录因子，深入研究其机制可抵抗衰老。

4 神经上皮干细胞蛋白(Nestin)与衰老

Nestin是一种细胞骨架蛋白，被归类为中间丝〔32〕。最初在成年大脑的神经干细胞中发现，现在已知在各种组织和干细胞或祖细胞中表达，如胰岛和心脏等〔33～35〕。Nestin与细胞的自我更新、增殖、分化和迁移功能密切相关〔36〕。Liao〔37〕等先从腋窝皮肤中分离出Nestin+祖细胞，并在人皮肤进行4 mm穿孔活检实验。与对照组相比，移植Nestin+祖细胞后，可明显看出人皮肤再上皮化。免疫组化结果显示，移植Nestin+祖细胞6 d后，皮肤内部伤口边缘新形成的上皮舌的面积和长度明显增强。目前Nestin的研究为细胞的再生医学和老年医学策略提供了基础，特别是为治疗慢性病皮肤溃疡提供了新的治疗思路。衰老是一个慢性过程，Nestin的研究在修复老化细胞、受损细胞方向有一定条理脉络，利用其特性可延缓衰老。

5 CD34与衰老

CD34分子是一种高度糖基化的跨膜蛋白，分子量为115 kDa，其存在于骨髓中的几种造血干细胞膜中，也能选择性地表达于哺乳动物造血干细胞表面，并且在内皮祖细胞发育的初始阶段和新血管形成早期阶段可观察到CD34的表达〔38，39〕。CD34分子可参与内皮细胞间的相互附着及在新血管形成中的迁移过程，参与体内免疫应答、炎症发生、凝血、肿瘤转移等一系列重要生理病理过程〔40～43〕。Ritschka等〔44〕为探索上皮细胞的衰老过程，利用癌基因将原代小鼠角质形成细胞诱导的衰老后进行微阵列分析，发现其表现出CD34等干细胞相关基因表达增加。进一步对感染后2 w的衰老细胞中选定的皮肤干细胞基因进行分析发现CD34等基因的表达增加，提示衰老与CD34分子之间存在着一定的联系。

综上，干细胞具有无限复制、补充和修复以维持组织和器官稳态的潜力。衰老的作用机制复杂，通过探究干细胞标志物可以更好地帮助人们利用干细胞的相关作用机制去延缓衰老。目前虽有衰老相关干细胞标志物的研究，但更多更详细的机制仍需要进一步探究。