北京基因组所（国家生物信息中心）相助揭示衰老抑制再生能力的要害机制
“什么控制着器官再生？”和“我们可以阻止自己衰老吗？”是《科学》杂志宣布的全球最具挑战性的科学问题 。“再生”是机体组织应对损伤进行修复及重塑的生物学历程，对维持器官功效稳态有重要作用，这体现了生命自我修复与组织重建的能力 。而衰老是随时间的推移，生物体功效逐渐下降、身体结构逐渐受损的生物学历程，体现了生命的有限性与定向性 。“再生”和“衰老”都是高度庞大的系统生物学历程，二者既相互对立，又紧密联系 。然而，目前仍然缺少从系统水平解码衰老陪同的组织再生障碍和衰老历程中再生能力变革纪律的研究 。同时，由于组织的异质性，差别组织器官再生是否遵循配合的调控纪律？能否通过挖掘再生障碍相关的生物标记物及要害调控基因，生长调控再生、干预衰老及其相关疾病的新战略？这些要害科学问题都亟待解决 。
10月27日，pg电子官网（国家生物信息中心）张维绮研究组和pg电子官网动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组相助在Cell Stem Cell杂志在线宣布题为“Decoding aging-dependent regenerative decline across tissues at single-cell resolution”的研究论文 。该研究通过在年轻和年老小鼠中构建八种组织器官损伤后再生修复模型，首次在单细胞区分率系统比较了差别组织中加入再生修复历程的分子动态变革纪律，揭示了干细胞响应和血管生成能力降低是年老组织再生功效障碍的要害因素，并鉴定出年轻器官强再生能力相关的巨噬细胞新亚群 。该研究有助于增加人们对增龄陪同的再生异常及器官退行纪律的认知，为生长增进组织再生、延缓衰老的干预战略提供了新的线索和思路 。
在这项事情中，研究人员利用小鼠作为模式动物构建了八种组织损伤后再生修复模型，包括肝脏部分切除损伤、骨骼肌冷冻损伤、皮肤缺损损伤、后肢缺血损伤、小肠辐照损伤、肺脏化学损伤、骨髓辐照损伤及心肌缺血损伤 。通过一系列生理功效检测和组织学剖析，研究人员发明，在年轻的小鼠个体中，除了心肌再生能力极低之外，其他的组织均具备一定的损伤后修复能力，且这些组织的再生修复能力均随机体衰老爆发显著下调 。
为了进一步解析衰老导致再生功效障碍的分子机制，研究人员绘制了跨年龄、跨组织的损伤修复动态时序单细胞转录谱，并建立了三套剖析模式来比较年轻和年老组织关于损伤的响应机制，包括损伤后的急性响应期的异同，损伤后差别阶段的转录组差别以及再生全历程的基因表达动态变革 。研究发明组织炎症异常、细胞死亡增加和血管新生能力降低是导致衰老组织再生功效障碍的重要因素 。
接下来，研究人员对跨越差别器官普遍保存的细胞类型（如免疫细胞，内皮细胞及成体组织干细胞）进行了比较剖析 。结果发明，再生历程中年轻的免疫细胞和内皮细胞会高水平表达增进损伤修复和血管生成相关基因，提示它们可能是赋能年轻机体更强损伤修复生性的要害细胞类型 。另一方面，年轻和年老的组织损伤后激活的干细胞亚群差别，年老特异的干细胞亚群低表达剖析相关的基因，同时高表达细胞衰老基因，说明衰老组织中的干细胞处于低活性状态 。
进而，研究人员鉴定出一群高表达Arg1的巨噬细胞（Arg1+巨噬细胞），这群细胞体现出组织修复相关的分子特征，并高表达与内皮细胞增殖、生长因子爆发、伤口愈合和血管生成调理相关的基因 。结合进一步的实验验证，研究人员发明这群细胞可能通过与内皮细胞相互作用，增进血管新生 。Arg1+巨噬细胞的数量在年轻组织的再生修复历程中受到了精密的调控，在再生修复早期显著增加，并很快恢复至损伤前水平 。而在年老组织中，这群细胞的数量在稳态阶段远远高于年轻组织，但损伤修复历程中并未泛起剧烈变革 。这些提示衰老组织中的再生相关免疫细胞处于一种“脱敏”的“低弹性”状态，可能阻碍了器官损伤后的实时组织重塑和修复 。
系统解码衰老相关再生障碍的细胞分子机制
该研究由动物研究所、北京基因组研究所、北京干细胞与再生医学研究院、首都医科大学宣武医院等多家机构相助完成 。动物研究所助理研究员蔡雨生、北京基因组研究所博士生熊沐钊、动物研究所特别研究助理辛子娟、博士研究生刘承宇和北京基因组研究所任捷研究员为文章的并列第一作者 。动物研究所刘光慧研究员、曲静研究员及北京基因组研究所张维绮研究员为文章的配合通讯作者 。研究获得科技部、国家自然科学基金委、pg电子官网和北京市等项目的资助 。
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