背景
丰富的高分子量透明质酸 (HMM-HA)有助于抗癌，并可能有助于长寿的啮齿类动物——裸鼹鼠的寿命。为了研究HMM-HA的益处是否可以转移到其他动物物种，我们建立了过表达裸鼹鼠透明质酸合成酶2基因的转基因小鼠 (nmrHas2)。nmrHas2小鼠在多个组织中显示出透明质酸水平的增加，自发性和诱发癌症的发生率降低，寿命延长和健康寿命改善。nmrHas2小鼠的转录组特征向长寿物种的转录组特征转变。在nmrHas2小鼠中观察到的最显著变化是多个组织的炎症减轻。
简介
2023年8月23日，来自美国罗切斯特大学的Zhihui Zhang及其团队在Nature (IF: 64.8)杂志上发表名为Increased hyaluronan by naked mole-rat Has2 improves healthspan in mice的研究[1]。
主要结果
nmrHas2世代裸鼹鼠
裸鼹鼠是一种老鼠大小的啮齿类动物，寿命特别长，最长寿命超过40年。裸鼹鼠可以避免多种与年龄相关的疾病。在此之前，我们已经在裸鼹鼠体内发现了一种名为早期接触抑制的抗癌机制，该机制由丰富的HMM-HA介导。与小鼠和人类组织相比，裸鼹鼠组织中HMM-HA的含量更高。
由于裸鼹鼠在其大部分组织中积累HMM-HA，为了在小鼠中重现这种表型，我们选择在小鼠中使用无处不在的CAG启动子表达裸鼹鼠Has2基因 (nmrHas2)。在裸鼹鼠体内，HMM-HA在出生后开始累积，因为它与胚胎发育过程中所需的快速细胞增殖不相容。因此，我们使用Lox-STOP盒暂时控制nmrHas2的表达。nmrHas2基因的表达是通过在3月龄时注射他莫昔芬诱导的 (图1a)。nmrHas2和对照组小鼠均接受他莫昔芬注射。
图1. 过表达nmrHas2的转基因小鼠对自发性和诱导性的癌症均具有抗性
基因表达分析表明nmrHas2小鼠的炎症减轻
对于大多数器官，与creER对照相比，在雌性和雄性小鼠中，nmrHas2小鼠在衰老过程中表现出较少的转录组变化，这意味着nmrHas2小鼠的转录组在衰老过程中较少受到干扰 (图3a-d)。接下来，我们研究了nmrHas2小鼠的转录组与其他长寿干预措施 (如雷帕霉素、热量限制和生长激素受体敲除)诱导的转录组变化是否有共同的特征。我们使用年轻和老年nmrHas2小鼠肝脏的RNA测序 (RNA-seq)数据进行了层次聚类分析，这些小鼠的表达数据已发表，用于其他干预措施。我们基于所有数据集的Pearson相关系数构建了热图。值得注意的是，无论是年轻还是年老的nmrHas2小鼠的转录组数据都与接受其他长寿干预的小鼠的肝脏转录组数据有明显的相关性。这一结果可能表明，HMM-HA水平的增加产生了一个新的促长寿的转录组特征。为了检验观察到的结果是否不是由使用整个转录组数据产生的噪声造成的，我们计算了老年小鼠中由nmrHas2表达引起的前400个基因表达变化与与衰老和已建立的延长寿命干预措施相关的基因表达变化之间的Spearman相关性。我们观察到nmrHas2小鼠的转录组谱与雷帕霉素标签和受长寿干预影响的小鼠最大寿命之间存在显著的正相关 (图3e)。
图3. 与creER对照相比，nmrHas2小鼠的转录组在衰老过程中经历了较少的变化
HMM-HA在衰老过程中保持肠道健康
老年人肠道屏障的破坏有助于衰老期间的慢性炎症，并促进年龄相关疾病的发生。我们比较了nmrHas2和对照组小鼠的肠屏障功能。通过肠道到血液的FITC-dextran信号测量，creER小鼠的肠道通透性随着年龄的增长而增加。值得注意的是，老年和年轻的nmrHas2小鼠之间的肠道通透性保持不变。对年轻和老年小鼠小肠的转录组分析表明，nmrHas2小鼠的转录组向年轻状态偏移，在衰老过程中，无论性别的nmrHas2小鼠的炎症均减少。
肠道干细胞 (ISCs)位于隐窝内，产生杯状细胞、潘氏细胞和吸收性肠上皮细胞。衰老过程中功能性ISCs的丧失是与年龄相关的肠道生态失调的一个重要因素。nmrHas2和对照小鼠在幼年和老年具有相似数量的ISCs (图7a,b)。然而，我们观察到WNT和Notch通路相关基因在老年nmrHas2小鼠的肠中有更高的表达，表明有更好的干细胞维持。与此一致的是，与年轻creER小鼠和nmrHas2小鼠相比，老年creER小鼠的隐窝形成的类器官要少得多。值得注意的是，从nmrHas2小鼠分离出的隐窝显示出Has2的强表达 (图7c)，并且这些隐窝形成类器官的能力并不随着年龄的增长而降低 (图7d,e)。为了测试nmrHas2小鼠中ISCs干性的改善是否由透明质酸引起，我们在用于培养类器官的Matrigel中添加了HMM-HA或LMM-HA。补充HMM-HA足以重新激活来自老年creER小鼠的ISCs，并导致更多的类器官 (图7e,f)。这一结果表明nmrHas2产生的HMM-HA有助于维持ISCs的干性。
图7. HMM-HA可提高ISCs在老化过程中的维持能力
结论及展望
HMM-HA通过多种通路减轻炎症，包括对免疫细胞的直接免疫调节作用、保护机体免受氧化应激和改善衰老期间的肠道屏障功能。这些有益的作用是HMM-HA所赋予的，而不是nmrHas2基因所特有的。这些发现表明，在裸鼹鼠进化的长寿机制可以推广到其他物种，并为使用HMM-HA改善寿命和健康开辟了新的通路。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06463-0
参考文献
1.Zhang Zhihui,Tian Xiao,Lu J Yuyang et al. Increased hyaluronan by naked mole-rat Has2 improves healthspan in mice.[J] .Nature, 2023, undefined: undefined.
转自：“生物医学科研之家”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
