全面揭示運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老過(guò)程中干細(xì)胞功能和穩(wěn)態(tài)的影響

俗話說(shuō)，生命在于運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)鍛煉可以對(duì)抗導(dǎo)致各種年齡相關(guān)疾病的代謝和免疫變化，還能降低心血管疾病和癌癥的發(fā)病及死亡風(fēng)險(xiǎn)。越來(lái)越多的研究證據(jù)表明，運(yùn)動(dòng)鍛煉對(duì)老年動(dòng)物的干細(xì)胞功能、組織穩(wěn)態(tài)和再生能力也有有益影響。

之前的研究顯示，跑步會(huì)促進(jìn)成年小鼠大腦的神經(jīng)發(fā)生和學(xué)習(xí)，還能抵抗衰老過(guò)程中海馬體神經(jīng)發(fā)生的減少。老年動(dòng)物的骨骼肌干細(xì)胞（MuSC）表現(xiàn)出細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)減少和對(duì)損傷反應(yīng)的激活延遲，而運(yùn)動(dòng)可增加其細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)并促進(jìn)肌肉再生。跑步還會(huì)增加老年小鼠骨髓中常見(jiàn)淋巴樣祖細(xì)胞的數(shù)量，但不影響造血干細(xì)胞（HSC）。

然而，很少有研究關(guān)注運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老干細(xì)胞生態(tài)位的影響，研究運(yùn)動(dòng)在不同組織類(lèi)型中引起的分子變化對(duì)于理解運(yùn)動(dòng)如何增強(qiáng)干細(xì)胞功能以改善衰老組織至關(guān)重要。

該研究生成了一個(gè)完整的單細(xì)胞圖譜來(lái)研究運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老過(guò)程中干細(xì)胞功能和組織穩(wěn)態(tài)的影響，為衰老過(guò)程中運(yùn)動(dòng)對(duì)干細(xì)胞的影響提供了一個(gè)全面的分子層面框架。

衰老會(huì)導(dǎo)致干細(xì)胞功能障礙，導(dǎo)致組織穩(wěn)態(tài)和再生能力的退化。在小鼠大腦中，衰老與海馬體的靜止神經(jīng)干細(xì)胞（qNSC）的異質(zhì)性的增加，以及活化神經(jīng)干細(xì)胞（aNSC）和海馬區(qū)、側(cè)腦室下區(qū) （SVZ） 的神經(jīng)母細(xì)胞的減少有關(guān)。同樣，隨著年齡的增長(zhǎng)，骨骼肌干細(xì)胞 （MuSC） 的數(shù)量減少，其靜止?fàn)顟B(tài)和激活后細(xì)胞命運(yùn)選擇的異質(zhì)性增加。

老年小鼠的骨骼肌干細(xì)胞（MuSC）更容易發(fā)生細(xì)胞死亡、衰老和肌源性電位喪失。相反，在老年動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)造血干細(xì)胞（HSC）的擴(kuò)增，盡管其數(shù)量增加，但衰老的造血干細(xì)胞功能減弱。單細(xì)胞RNA測(cè)序和蛋白質(zhì)組學(xué)研究揭示了老年動(dòng)物干細(xì)胞生態(tài)位變化可能影響干細(xì)胞功能的潛在機(jī)制，包括免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）組成的變化。這些研究強(qiáng)調(diào)了檢查干細(xì)胞及其生態(tài)位變化在擴(kuò)大我們對(duì)干細(xì)胞衰老的系統(tǒng)理解中的重要性。

運(yùn)動(dòng)有能力使干細(xì)胞恢復(fù)活力，并促進(jìn)衰老動(dòng)物的組織再生。然而，運(yùn)動(dòng)引起的細(xì)胞和分子變化尚未在廣泛的不同類(lèi)型干細(xì)胞中進(jìn)行系統(tǒng)研究。

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)讓年輕小鼠和老年小鼠進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)（自主跑輪），并生成了肌肉、神經(jīng)和造血干細(xì)胞及其生態(tài)位細(xì)胞和后代的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并輔以單個(gè)肌纖維的全轉(zhuǎn)錄組分析。

具體來(lái)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了435628個(gè)來(lái)自骨骼肌、側(cè)腦室下區(qū)（SVZ）、骨髓造血干/祖細(xì)胞（HSPC）以及外周血免疫細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，這些細(xì)胞分別來(lái)自未跑步的年輕小鼠、自主跑步的年輕小鼠、未跑步的老年小鼠和自主跑步的老年小鼠。從而生成了一個(gè)完整的單細(xì)胞圖譜來(lái)研究運(yùn)動(dòng)對(duì)衰老過(guò)程中干細(xì)胞功能和組織穩(wěn)態(tài)的影響。

分析結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)減少了來(lái)自所有不同來(lái)源的干細(xì)胞類(lèi)型的炎癥特征，并恢復(fù)了骨骼肌中年輕狀態(tài)的細(xì)胞間通訊，表明了運(yùn)動(dòng)對(duì)循環(huán)和組織駐留免疫細(xì)胞的組成和轉(zhuǎn)錄組景觀有深遠(yuǎn)的影響。這項(xiàng)研究在轉(zhuǎn)錄水平上提供了多種衰老干細(xì)胞和生態(tài)位細(xì)胞對(duì)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)反應(yīng)的全面觀點(diǎn)，為衰老過(guò)程中運(yùn)動(dòng)對(duì)干細(xì)胞的影響提供了一個(gè)全面的分子層面框架。