新型基因标志物GSTT1缺失型鉴定间充质干细胞可扩展性及其延缓细胞衰老的表型与机制研究

《Scientific Reports》：Validation of a novel genomic biomarker of mesenchymal stem cell scalability and implications of genotype status on cellular senescence phenotypes

本研究针对骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）体外扩增易诱发细胞衰老、制约其再生医学应用的瓶颈问题，通过开展GSTT1基因型状态对BM-MSC衰老表型影响的系统性研究，发现GSTT1缺失型（null）BM-MSCs在长期培养及电离辐射诱导的衰老模型中，表现出更强的增殖潜能、更低的衰老细胞比例、衰老相关分泌表型（SASP）因子IL-6下调以及p21Waf1、p14ARF等关键衰老相关基因表达变化，证实GSTT1 null基因型可作为筛选抗衰老BM-MSC亚群的新型生物标志物，为优化干细胞质量控制策略提供了重要理论依据。

　　

在再生医学领域，骨髓来源的间充质干细胞（BM-MSCs）因其多向分化潜能和免疫调节功能被视为治疗多种疾病的理想细胞来源。然而，这些细胞在临床应用前需要进行大规模的体外扩增，而这个过程会不可避免地引发细胞衰老，显著削弱其治疗潜力。有趣的是，研究人员发现并非所有BM-MSCs都对衰老同样敏感，存在一些细胞群体即便经过长时间培养仍能保持“年轻”状态。但如何在实际应用中准确、可靠地识别出这些具有更强扩增能力和抗衰老特性的细胞群体，一直是个亟待解决的难题。

此前的研究曾提示，谷胱甘肽S-转移酶Theta 1（GSTT1）基因可能与BM-MSCs的扩增能力（即可扩展性）有关，但其在细胞衰老过程中的具体作用尚不明确。为了填补这一知识空白，本研究团队在《Scientific Reports》上发表论文，深入探讨了GSTT1不同基因型（包括GSTT1阳性型和GSTT1缺失型，即null型）对BM-MSC衰老进程和增殖能力的影响。

研究人员首先根据GSTT1基因型将六个不同的BM-MSC群体分为GSTT1阳性组和GSTT1缺失型（null）组。接着，他们构建了两种细胞衰老模型：一种是长期体外培养（也称为复制性衰老模型），另一种是使用电离辐射诱导衰老。通过对这些模型中的细胞进行系统分析，研究人员评估了细胞的增殖潜力、衰老相关分泌表型（SASP）的变化，以及一系列关键基因的表达水平。

主要关键技术方法

本研究的关键技术包括：基于基因分型将人源BM-MSC样本队列区分为GSTT1阳性与GSTT1 null型；建立长期体外传代培养和电离辐射诱导两种细胞衰老模型；采用细胞增殖能力检测、衰老相关β-半乳糖苷酶染色评估衰老细胞比例；通过qPCR或蛋白质印迹等技术分析p21^Waf1、p14^ARF、IL-6、ACTA2等关键基因的表达。

GSTT1 null基因型BM-MSCs在早期传代中表现出更高的增殖潜力

研究结果显示，在培养的早期阶段（低传代次数），GSTT1 null型BM-MSCs的增殖能力显著高于GSTT1阳性型细胞。这表明，携带GSTT1 null基因型的细胞群体在体外扩增的起始阶段具有生长优势。

GSTT1 null基因型BM-MSCs在衰老模型中呈现更低的衰老细胞比例

无论是在长期培养还是辐射诱导的衰老条件下，GSTT1 null型BM-MSCs群体中检测到的衰老细胞数量都明显少于GSTT1阳性型细胞。这一发现直接证明GSTT1 null基因型赋予了细胞对衰老诱导因素更强的抵抗能力。

GSTT1 null基因型BM-MSCs表现出独特的基因表达谱

在分子机制层面，GSTT1 null型BM-MSCs展现出其特征性的基因表达模式。与GSTT1阳性细胞相比，null型细胞中细胞周期抑制蛋白p21^Waf1和肿瘤抑制蛋白p14^ARF的表达水平持续较低。同时，作为SASP核心组分之一的炎症因子白介素-6（IL-6）的表达也显著下调。相反，与细胞收缩和运动相关的ACTA2（α-平滑肌肌动蛋白）基因在GSTT1 null型细胞中的表达则高于阳性型细胞。这些分子变化共同提示，GSTT1 null基因型可能通过调节细胞周期调控点和炎症反应通路来延缓衰老进程。

研究结论与意义

本研究的结论明确指出，GSTT1 null基因型是BM-MSCs抵抗体外扩增相关衰老的一个有利遗传特征。GSTT1 null型BM-MSCs不仅具有更强的初始增殖能力，而且在多种衰老压力下能维持更低的衰老水平，其分子特征表现为关键衰老相关基因（p21^Waf1、p14^ARF）和促炎因子（IL-6）的表达抑制。因此，GSTT1基因型状态可以作为一个有效的生物标志物，用于在制备临床级BM-MSCs产品的早期阶段筛选出那些具有优越扩增潜能和抗衰老特性的细胞群体。这项工作为优化干细胞治疗产品的质量控制策略提供了重要的科学依据，有望推动更安全、更有效的干细胞疗法的开发。