近日，中南分校湘雅医学校罗湘杭团队的研究成果在国际顶尖代谢期刊Cell（IF=22.415）刊载，文章标题为《StemCellAging-》。该研究在下脊髓的血管干细胞中看到一种名为Hnscr（-）的长非编码RNA（）能够与YB-1（Y-box1）蛋白结合，并促进YB-1蛋白的降解。而YB-1又能促进衰老相关的多肽的表达，而且能够修复衰老小鼠的记忆认知和肌肉平衡等功用。并且借助对YB-1蛋白与Hnscr结合区域的结构预测，筛选到了一种称作TF2A的天然化合物，该化合物无法模拟Hnscr的功用，通过促进YB-1的降解，从而减少衰老相关蛋白的表达，也能起到对小鼠衰老表型的修复作用。
研究背景
衰老是物理界的定律，任何有生命的个体都能够逃脱从一问世就步入衰老，直至死亡这一过程。人类从古迄今孜孜不倦地寻求长生不老之法，中国近代从秦皇汉武，到清朝的嘉靖雍正，为此无不浪费了很大财力和人力。即便是在这次，人们仍然在寻求长寿的技巧。但至今能做到的没法想方设法将这一过程减慢，提高衰老过程中的人类的生活品质。因此对衰老的深层生物学模式的探究可以帮助我们更好地有的放矢，寻找才能帮助人类延缓衰老的方案。
现在导致衰老的9大因素：
1.基因组不稳定性降低（）
2.端粒缩短（）
3.表观遗传学改变（）
4.蛋白内稳态丧失（lossof）
5.营养感应失调（）
6.线粒体功能异常（）
7.细胞间信息传递改变（）
8.干细胞枯竭（stemcell）
9.细胞衰老（）
图1.衰老的诸多标志（引自Lopez-Otinetal.,2013）
图1.衰老的诸多标志（引自Lopez-Otinetal.,2013）
现在有研究看到下丘脑的功用对身体的衰老有着重大的妨碍。下脊髓位于额叶腹面腺病毒包装技术，基本与人的耳朵和脸部处于同一平面。是调节身体，代谢和内排泄的重要脑区，能调节胰腺对睾酮的排泄，控制如体温、饮水，摄食、性活动、打斗等行为。2017年，有探究团队看到小鼠下皮层的血管干细胞随年纪下降而渐渐衰老死亡，并伴随着如肌肉耐力、社交能力或者记忆力等衰老表型的发生；即使将新生小鼠的血管干细胞移植到老年小鼠相应的脑区，则会使小鼠重新获得生命活力。因此，神经干细胞特别是下皮层脊髓干细胞（StemCells,）的研究或许帮助他们找到对抗衰老的利器。
图2人类下丘脑（NIH）
现在的研究认为腺病毒包装技术，在人类的编码RNA中，真正编码蛋白的只占30%左右，其余的非编码RNA还比如小干扰RNA(miRNA)、小核RNA/核仁小RNA（snRNA/）、假基因RNA、杂RNA和长非编码RNA(longnon-RNA,)。在这种非编码RNA中，长度小于200个核苷酸，占总编码基因的35~40%左右。和其它的非编码RNA一样，有一定的时空表达特异性，能够调节编码蛋白的转录，在高等物理的发育和组织分化等过程中起着重要作用。
图3.长非编码RNA()(引自etal.,2014)
图3.长非编码RNA()(引自etal.,2014)
相比之下，小鼠的次数较少，但也具备不可忽略的重要作用。总体而言，不同物种之间的保守性不是很好，并不是所有的人类都能在常见的方式动物中找到同源物。
研究内容
2.1影响下丘脑衰老的长非编码RNA的发现
在试验室条件下，小鼠的寿命通常为24个月。研究人员对比了3个月（年轻）和18个月（中年）小鼠下皮层脊髓干细胞的生长状况，发现在体外培养7-10天后，年轻小鼠的下皮层脊髓干细胞（血管干细胞在体外培养时通常会从单个细胞分裂成一团细胞，这些细胞积聚成块状，其状况可制备神经干细胞的活性）产生血管球的总量和大小都要低于中年小鼠，说明年轻小鼠的下皮层脊髓干细胞总量和活性都要低于中年小鼠。
那么，这种变化是怎样形成的呢?使用对这种神经球进行测试，发现一种被命名为Hnscr（-）的lnc-RNA在年轻小鼠的表达要明显低于中年小鼠，而且这些lnc-RNA与人类高度同源，选择其进行探究有促使后续向人类相关研究的转换。通过RT-PCR检测也看到Hnscr不但在3个月和18个月的小鼠中存在明显差别，而且随着年龄的下降表达迅速增加。
图4.年龄对产生神经球的妨碍及Hnscr表达随年龄降低
图4.年龄对产生神经球的妨碍及Hnscr表达随年龄降低
2.2Hnscr敲除大鼠抑制活性并导致衰老表型
此处用到的Hnscr敲除小鼠（赛业生物技术提供）年轻的之后（3月龄）在大个别基本表型上与对照小鼠相比，在体重、行为或者生育等方面没有变化。但当小鼠到了18个月的之后，转基因小鼠的发生了显著的病理表型，包括产生神经球的总量降低，体积增大；衰老神经元的降低；分化能力变弱。
图5.敲除hnscr基因对的影响
图5.敲除hnscr基因对的影响
上述的这种研究都是神经干细胞在离体培养中发生的改变。那么准确到动物的表型上又有什么改变呢？
研究人员通过一系列的行为实验发现Hnscr敲除大鼠的肌肉持久力变弱，动作的协调性变差，运动素质下降，与其它小鼠的互动提高，同时空间记忆能力也不就像窝对照小鼠。这一系列的衰老表型所致了Hnscr敲除大鼠的寿命明显减少。
图6.敲除hnscr基因对小鼠表型的影响
图6.敲除hnscr基因对小鼠表型的影响
2.3局部抑制Hnscr抑制血清活性并导致衰老表型
然而尚未确认了Hnscr对下皮层脊髓干细胞和大鼠认知功能的妨碍，但是因为转基因小鼠的Hnscr缺失是身体性的，具体到下皮层干细胞对衰老的妨碍还能够下定论。因此研究人员采取脑定位注射的方式，用腺病毒包装SOX2启动子和Hnscr-shRNA注射进入14月龄小鼠下皮层内侧基底（，MBH）抑制Hnscr的表达。结果看到与Hnscr敲除小鼠一样，的血管球次数增多，体积增大；衰老神经元提高；分化能力变弱。
图7.局部注射sh-hnscr抑制Hnscr对的影响
图7.局部注射sh-hnscr抑制Hnscr对的影响
另外，在动物行为方面，小鼠除了社交能力没有显著差异以外，其他的注射了sh-hnscr的大鼠发生了和基因敲除小鼠一致的表型。
图8.局部注射sh-Hnscr对野生型小鼠表型的影响
图8.局部注射sh-Hnscr对野生型小鼠表型的影响
2.4YB-1受Hnscr调节并参与对小鼠衰老的诱导
那么，Hnscr究竟是如何妨碍小鼠的改变并作用到小鼠衰老表型的呢？通过RNA-后的质谱测量（找出与该RNA结合的丰度最高的多肽），免疫印迹（用抗原确定就是YB1蛋白），免疫共沉淀（进一步证明结合）等多种方式证明Hnscr是与一种YB-1（Y-box1）的蛋白具有高度的亲和力。并且还看到Hnscr影响的是YB-1的蛋白水平而非RNA转录水平。接出来通过多肽酶诱导剂的使用和泛素化试验，研究人员确认了Hnscr能够促进YB-1的泛素化降解，从而减少YB-1在血管细胞中的丰度。
注：YB-1是一种无法结合DNA和RNA的蛋白，通常在转录和翻译过程中发挥作用，并作用于pre-RNA的剪切、DNA的清除或者参与核酸核蛋白的组装，还有研究看到YB-1无法在的加工中起作用，其不正常表达跟多种疾病的出现有关。
图9.Hnscr抑制YB-1降解
图9.Hnscr抑制YB-1降解
为了进一步确立Hnscr和YB-1对衰老的影响，在Hnscr敲除大鼠中研究人员用RT-PCR的方式检查看到Hnscr或者YB-1增大均会造成mRNA表达量的降低。Hnscr的减小会增加YB-1的表达，反过来YB-1的降低却不会增加Hnscr的水平，说明Hnscr在通路中位于YB-1的上游。对mRNA的表达一致，YB-1的降低也会促进蛋白的表达。研究人员再次对的活性和衰老状态进行了测试，发现提高YB-1也能促进其衰老并增加分化活性。
注：与衰老相关，可以看做是一种衰老标志物蛋白，但该蛋白也有一种抑癌基因，其活性的减少在多种疾病细胞中也非常常用。
图10.YB-1对Hnscr缺失小鼠和影响
图10.YB-1对Hnscr缺失小鼠和影响
2.5TF2A抑制YB-1降解并改善及小鼠的衰老
无论是YB-1还是Hnscr，直接应用于抵御人类的衰老都是非常困难的，那么有没有一种物质无法模拟Hnscr的功效，抑制YB-1进行的降解，从而促进衰老呢？研究人员从分子化合物库中筛选得到了一种名为TF2A（茶黄素3-没食子盐酸，3-）的物质，该物质在经过发酵的绿茶中浓度丰富，而红茶又是美国北方地区广泛流行的饮品。在多肽合成减缓剂CHX的存在的条件下，实验发现TF2A能够和Hnscr一样抑制YB-1的降解，并能促进YB-1的泛素化，而且在必定浓度范围内，随着TF2A浓度的提升，YB-1的丰度逐渐增加。
图11.TF2A抑制YB-1降解
图11.TF2A抑制YB-1降解
研究者也补充了细胞表型和动物行为方面的试验，结果显示TF2A对起到的修复效果基本和外源增加Hnscr与YB-1所造成的疗效一致，不过对小鼠肌肉和运动协调恢复有显著疗效，对感知和社交这类高级感知用途也反映出了个别作用，不过统计上并没有与对照产生统计学上的明显差别。值得留意的是，TF2A是通过食用水给小鼠口服的，说明该物质易用性较好。
图12.TF2A抑制衰老并提高小鼠衰老表型
图12.TF2A抑制衰老并提高小鼠衰老表型
全文总结及展望
总结下来，本文的研究策略非常清晰：
1.对比在不同年龄之间的表达差异，根据表达变化幅度或者与人类的亲源关系等限定条件找到Hnscr；
2.利用基因编辑敲除大鼠Hnscr，研究Hnscr对或者小鼠表型的影响；
3.通过脑定位注射shRNA精准抑制血清下皮层脊髓干细胞中的Hnscr，探究该区域的改变，验证Hnscr敲除小鼠中该长非编码RNA的功能；
4.通过多种方式找到Hnscr高亲和力蛋白YB-1，先确认Hnscr抑制YB-1降解，并验证YB-1对和小鼠表型的影响；
5.通过数据库和试验筛选出功能类似于Hnscr的小分子化合物，并验证其在转染下皮层干细胞和植物表型中发挥的作用。
图13.Hnscr结合YB-1可以促进衰老
图13.Hnscr结合YB-1可以促进衰老
该研究除了阐述了下脊髓中血管干细胞影响衰老的深层特性，加强了他们对衰老过程的了解，还看到了一种无法模拟抗衰老长非编码RNA的化合物——TF2A。长久以来就有喝茶有益健康，延年益寿的说法。TF2A是发酵牛奶中的一种成分，早在上世纪50年代就早已被分离下来。该研究引入现代物理学的方式，通过多视角的深入探究，发现了其在抗衰老功效的深层特性，在人类追寻高质量的中年生活的道路上迈进了坚实的一步。
参考文献：
1.Xiaoetal.,StemCellAging-,Cell(2020)
2.Zhangetal.,stemcellsspeed.(2017),548(7665),52–57.
3.Lopez-Otinetal.,Theofaging.Cell(2013)153,1194–1217.
4.etal.,Longnon-RNAsandofgeneinthe.in(2014),20(11),623–631.
