人滋养层干细胞-合体滋养层细胞系统：一种研究人类正常衰老及抗衰老药物发现的新型生理加速细胞衰老模型

《Aging Cell》：A Novel Human Cellular System for Studying Normal Aging and for Anti-Aging Discovery

本文综述了一种基于人滋养层干细胞（hTSC）向合体滋养层细胞（STB）分化的新型人类细胞衰老模型。该系统在体外成功模拟了体内胎盘滋养层细胞发育过程中呈现的主要衰老特征，包括细胞周期阻滞、基因组不稳定性、表观遗传改变、衰老相关分泌表型（SASP）等。研究证明，该hTSC-STB系统不仅能重现已知抗衰老分子（如mTOR抑制剂、Senolytics）的作用，还可用于高通量筛选新型抗衰老候选物，为连接基础衰老研究与临床干预提供了强有力的工具。

　　

引言：探索人类衰老的新模型

机体衰老由细胞衰老、基因组不稳定性、慢性炎症等相互关联的过程驱动。尽管利用酵母、线虫、果蝇和小鼠等模式生物的研究揭示了衰老的核心机制，但这些模型在遗传和生理上与人类衰老存在差异，限制了其发现向人类情境的转化。本研究提出了一种基于胎盘细胞滋养层（CTB）向合体滋养层（STB）分化过程的人正常细胞衰老模型。该模型利用人滋养层干细胞（hTSC）在体外分化获得的STB，成功复现了体内CTB-STB的成熟过程和主要细胞衰老特征。

人胎盘滋养层细胞呈现主要衰老标志

对来自着床期、妊娠早期和足月期胎盘的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据再分析表明，沿着CTB向STB分化的轨迹，衰老特征评分逐渐增加。STB表现出细胞周期从G2M/S期向G1/G0期阻滞的转变，增殖标记物Ki67（MKI67）表达降低，以及细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（如p21、p16^INK4a）表达上调。此外，STB中DNA修复通路（如BER、NER、HR、NHEJ）评分降低，DNA损伤标记物γH2AX和53BP1焦点增多，表明基因组不稳定性增加。核纤层蛋白（Lamin A/C、Lamin B1）和异染色质蛋白HP1（HP1α、HP1γ）表达下降，提示核结构不稳定和异染色质丢失。表观遗传方面，抑制性组蛋白标记（H3K9me3、H3K27me3）减少，而激活标记H3K4me3增加，同时整体组蛋白水平降低。这些变化与在衰老细胞中观察到的特征高度一致。

体外hTSC向STB的发育模拟高衰老评分伴随细胞周期阻滞

研究团队建立了体外hTSC向STB分化的系统。hTSC在特定诱导条件下，约6天内可分化形成多核的STB，并表达成熟的STB标记物（如CGA、CGB）和分泌人绒毛膜促性腺激素（hCG）。该分化过程伴随着衰老评分的进行性升高，以及细胞凋亡抵抗和坏死性凋亡的增加。重要的是，该hTSC-STB系统的发育轨迹与肌肉干细胞（MuSC）和造血干细胞（HSC）等组织干细胞的预测衰老轨迹呈正相关。实验证实，STB中SA-β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）阳性细胞增多，细胞周期评分和DNA复制评分下降，增殖细胞核抗原（PCNA）和微染色体维持蛋白（MCM）减少，CDK表达下降而CDKN1A/p21、CDKN2A/p16^INK4a等CDK抑制剂表达上调，证实了细胞周期阻滞。

STB中DNA损伤修复能力下降、基因组不稳定性和表观遗传改变

在hTSC-STB分化过程中，DNA修复能力受损。STB细胞在依托泊苷（Eto）诱导DNA损伤后，修复效率显著低于hTSC。核纤层蛋白LMNA/C和LMNB1的表达降低，以及HP1α/γ的减少，表明核骨架不稳定和异染色质维持功能障碍。组蛋白修饰分析显示H3K9me3和H3K27me3水平下降，H3K4me3水平上升，且调控这些修饰的酶（如EZH2、SUV39H1、KDM6B）表达发生相应变化。DNA甲基化调节因子（如DNMT1、DNMT3B、TET1/2/3）也发生改变，提示表观遗传失调。m⁶A RNA甲基化复合物组分（如METTL3、METTL14）的下调进一步表明转录后调控异常。这些发现共同指向STB在分化过程中积累了广泛的基因组和表观基因组不稳定性。

STB中高水平的转座子元件（TE）表达

STB细胞中内源性逆转录病毒（HERV），特别是HERVK（HML-2）家族元件（如LTR5-Hs、HERVK-int）的转录和HERVK-gag蛋白表达显著升高。这伴随着cGAS-STING通路激活（pTBK、pIRF3水平升高）和下游干扰素相关分子表达上调。利用可诱导的dCas9-KRAB系统敲低LTR5-Hs后，HERVK表达受到抑制，STB分化受损，衰老评分、cGAS-STING通路活化和SA-β-gal染色阳性细胞均有所减少，表明HERVK的再激活在一定程度上驱动了该系统的衰老进程。

STB表现出细胞器功能障碍和衰老相关分泌表型（SASP）

虽然端粒长度在有限的分化时间内未见显著缩短，但端粒酶（TERT）和庇护蛋白复合体组分（TRF1、TRF2、POT1等）表达下降，表明端粒维持机制功能失调。线粒体质量增加但结构异常（嵴破碎、中空），氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解活性降低，ATP产量下降。STB还表现出核内活性氧（ROS）水平升高。更重要的是，STB高表达多种SASP组分，包括白细胞介素（如IL-6）、趋化因子、生长因子和蛋白酶，并通过蛋白质组学验证了mTOR、TNF、JAK-STAT等与SASP相关的通路富集。

hTSC-STB系统中的营养感应受损

hTSC向STB分化过程中，转录组学显示胰岛素抵抗增加，但AMPK、IGF1和胰岛素信号通路评分降低。蛋白质组学则进一步证实了STB中胰岛素抵抗和mTOR、MAPK通路活性升高。Sirtuin家族成员表现不一：SIRT1、SIRT3、SIRT6蛋白水平在STB中下降，而SIRT2和SIRT5水平升高，反映了营养感应网络的复杂变化。

利用hTSC-STB系统定量评估已知抗衰老分子

为验证该模型的实用性，研究测试了已知抗衰老化合物。mTOR抑制剂（雷帕霉素、INK128）和Senolytic药物（非瑟汀）处理均能降低STB分化过程中的hCG水平，减少DNA损伤标记γH2AX，并部分恢复Ki67、HP1γ和Lamin B1的表达。研究还构建了CGA-T2A-H2B-EGFP报告基因hTSC细胞系，可实时监测STB分化。利用此系统进行高通量筛选，从天然产物库中鉴定出包括茴香霉素（Anisomycin）和硝基花椒碱（Nitidine）在内的新型候选化合物，这些化合物在STB系统和人皮肤成纤维细胞（HFF-1）模型中均能减轻衰老相关β-半乳糖苷酶活性。

讨论与展望

尽管iPSC、类器官等新型模型推动了衰老研究，但仍存在局限性。本研究建立的hTSC-STB系统，作为一种生理相关的、加速的人类细胞衰老模型，成功复现了多种核心衰老标志，并可用于抗衰老药物的筛选和验证。该系统具有人类特异性、可扩展性，并能与其它组织干细胞衰老轨迹相关联，显示出巨大的转化潜力。未来可结合更多报告系统全面追踪衰老通路，并将筛选出的候选物在更复杂的模型中进行验证，有望加速抗衰老干预措施的临床开发。

系统局限性

该系统也存在一些局限性：胎盘是短暂存在的器官，其STB的衰老生物学可能无法完全代表存在数十年的组织或器官的衰老过程；目前的报告系统主要基于hCG/CGA水平的变化，可能无法涵盖所有衰老特征；新发现的抗衰老候选物需要在其他模型（如类器官或人源化动物模型）中进行进一步验证，以确认其普适性和临床应用潜力。