NCOA2 通过FOXO3a-PINK1 介导的线粒体自噬轴促进造血干细胞在辐照应激后重返静息状态

《HemaSphere》：NCOA2 promotes the return of hematopoietic stem cells to quiescence after irradiation stress by regulating FOXO3a-dependent mitophagy

本文首次揭示了核受体共激活因子2（NCOA2）在辐照应激后调控造血干细胞命运的崭新机制。研究表明，在亚致死剂量辐照的造血恢复晚期，NCOA2向细胞核的转位显著增加，其缺失会导致HSC库耗竭、功能受损。深入机制研究发现，NCOA2通过共激活转录因子FOXO3a，上调PINK1的表达，从而驱动PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，清除异常激活或受损的线粒体，最终促进HSC重返静息状态，维持其长期重建能力。该研究为深入理解应激造血恢复机制及辐射防护提供了新策略。

　　

NCOA2 敲除对稳态造血影响轻微

在稳态条件下，尽管公共数据库和单细胞RNA测序显示造血干/祖细胞（HSPC）高表达NCOA2，但其敲除（NCOA2^-/-）对小鼠的整体发育无明显影响，仅轻度改变脾脏细胞数目和外周血T细胞与髓系细胞的比例。骨髓中HSPC的数量、比例及其长期重建能力均未受显著影响，表明NCOA2在稳态造血中并非必需。

NCOA2 缺陷导致辐照后HSC库耗竭

建立亚致死剂量辐照（5.0 Gy）应激模型后发现，在造血恢复晚期（如第28天），HSC中NCOA2的核转位逐渐增加。NCOA2的缺失虽然不影响小鼠存活率，但显著延迟了外周血白细胞、红细胞和血小板的恢复。更重要的是，在辐照恢复期，NCOA2^-/-小鼠骨髓中的多种HSPC群体，包括长期造血干细胞、短期造血干细胞、多能祖细胞以及定型祖细胞的数量均显著减少，表明NCOA2对维持辐照应激后的HSC库至关重要。值得注意的是，这种缺陷在另一种应激模型（5-氟尿嘧啶处理）中并未出现，提示NCOA2的作用具有应激特异性。

NCOA2 缺失削弱HSC重返静息与存活能力

细胞周期分析显示，辐照后NCOA2^-/-HSC处于G₀静息期的比例显著降低，而处于G₁和S/G₂/M期的比例增加。体内溴脱氧尿苷掺入实验证实了其增殖活跃。同时，细胞周期正调控基因（如C^cnd1、C^cne1等）上调，而抑制因子（如Cdkn1a）下调。凋亡检测发现，NCOA2^-/-HSC在辐照后凋亡率显著升高。当接受更高剂量（7.5 Gy）的致死性辐照时，NCOA2^-/-小鼠的存活率也显著降低。这些结果综合表明，NCOA2的缺失导致HSC无法在应激后有效重返静息态，并伴随存活能力下降。

NCOA2 缺陷损害辐照后HSC的长期重建功能

通过竞争性和非竞争性移植实验证明，辐照后的NCOA2^-/-HSC在受体小鼠中的植入能力和长期多系重建能力均严重受损，且在二次移植中表现更差。体外克隆形成实验也显示，NCOA2^-/-HSC形成的集落总数减少，且连续再植能力衰退。通过将野生型骨髓移植到辐照后的NCOA2^-/-受体小鼠中（交互移植实验），证实NCOA2对HSC功能的影响是细胞自主性的，而非骨髓微环境所致。

NCOA2 缺失导致异常线粒体在HSC中累积

对辐照后HSC进行RNA测序和基因集富集分析发现，NCOA2缺失导致HSC静息、干性相关基因集下调，而增殖、线粒体代谢和氧化应激反应相关基因集上调。功能实验证实，NCOA2^-/-HSC中线粒体质量、活性氧水平和耗氧率均升高，而线粒体膜电位（通过TMRM/MTG比值反映）降低，表明存在功能受损线粒体的累积。

NCOA2 通过共激活FOXO3a调控PINK1表达

深入分析发现，NCOA2缺失导致FOXO3a靶基因集显著下调。虽然FOXO3a的mRNA和蛋白水平及其磷酸化状态未变，但免疫共沉淀实验证实NCOA2与FOXO3a存在蛋白相互作用。在众多FOXO3a调控的线粒体自噬相关基因中，只有PINK1在NCOA2^-/-HSC中表达显著降低。染色质免疫沉淀实验进一步证实，NCOA2缺失削弱了FOXO3a与PINK1启动子区的结合。随之，PINK1的下游关键因子Parkin向线粒体的募集减少，整体线粒体自噬通量在辐照后的NCOA2^-/-HSC中受到抑制。在NCOA2^-/-HSC中过表达PINK1，可以有效挽救其线粒体自噬缺陷，并逆转细胞增殖、凋亡和集落形成能力的异常。

抑制OXPHOS或清除ROS可挽救NCOA2缺陷HSC的功能

使用线粒体呼吸抑制剂二甲双胍或活性氧清除剂N-乙酰半胱氨酸处理辐照后的NCOA2^-/-小鼠，可以显著降低HSC内的ROS水平，改善线粒体膜电位，减少凋亡，促进其重返静息态，并最终恢复HSC的数量及其在移植实验中的长期重建能力。这直接证明了线粒体代谢异常和氧化应激是NCOA2缺失导致HSC功能缺陷的关键原因。

综上所述，本研究发现NCOA2是调控HSC在辐照应激后命运转换的关键因子。在造血恢复晚期，NCOA2核转位增加，作为FOXO3a的共激活因子，上调PINK1表达，进而增强PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，以清除应激激活产生的异常线粒体，从而驱动HSC重返静息状态，维持其长期自我更新和造血重建能力。该研究不仅揭示了NCOA2在造血干细胞生物学中的新功能，也阐明了FOXO3a-PINK1线粒体自噬轴在应激造血恢复中的核心作用，为临床防治辐射等因素引起的造血功能衰竭提供了新的潜在靶点。