很多人一提起“克隆”，首先會(huì)想到能瘋狂復(fù)制自己的ai細(xì)胞。但隨著衰老，人體的血液系統(tǒng)中還存在另一種隱秘的現(xiàn)象：造血干細(xì)胞的克隆（即“克隆性造血”）。指一些原本該“安分守己”的造血干細(xì)胞，發(fā)起突變并“抱團(tuán)擴(kuò)張”，逐漸走入健康與患病的灰色地帶。

克隆性造血不會(huì)馬上帶來病癥，但它更像一顆埋在體內(nèi)的“定時(shí)炸彈”：每年大約有0.5%-1%的CHIP（潛能不確定的克隆性造血）攜帶者因它發(fā)展出白血病，連同心血管病風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)跟著翻倍[1]。而讓這些突變?cè)煅?xì)胞可能走上不歸路的原因中，Dnmt3a基因突變占了一大半

就在最近，國際頂刊《Nature》攜其子刊連發(fā)3篇論文，重點(diǎn)圍繞Dnmt3a基因突變與克隆性造血的“淵源”進(jìn)行了介紹，并指出二甲雙胍，可能是干預(yù)克隆性造血的“種子選手”。胍胍這是？又要讓人刮目相看了[2-4]？

Dnmt3a，血液老化的“開關(guān)”

在造血細(xì)胞內(nèi)，Dnmt3a基因主要負(fù)責(zé)合成DNA甲基轉(zhuǎn)移酶。這種酶能催化“甲基供體”S-腺苷甲硫氨酸（SAM）上的甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA分子中胞嘧啶的C5位置，生成5-甲基胞嘧啶，并產(chǎn)生S-腺苷同型半胱氨酸（SAH），從而調(diào)控基因的表達(dá)，指導(dǎo)細(xì)胞行為。

圖注：DNA甲基化過程

但當(dāng)Dnmt3a基因發(fā)生突變，尤其是第882位的精氨酸（R）被替換成組氨酸（H）時(shí)（即Dnmt3aR882H突變），造血細(xì)胞們的行為就會(huì)開始反常：

1. 它們更傾向于自我復(fù)制，而不是分化成成熟的血細(xì)胞；

2. 它們獲得了“長(zhǎng)命百歲”的屬性，能在體內(nèi)長(zhǎng)期存在；

3. 它們會(huì)擠兌未突變的同類，最終霸占血液系統(tǒng)的空間…

而這些發(fā)生基因突變的細(xì)胞之所以能活得這樣好，一個(gè)核心的原因在于——機(jī)體“能量源”線粒體代謝功能的異常激活

研究者在對(duì)攜帶Dnmt3aR878H/+突變（相當(dāng)于人類的Dnmt3aR882H/+）小鼠的造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞（HSPCs）進(jìn)行全基因組篩選后發(fā)現(xiàn)，這些攜帶突變基因的HSPCs細(xì)胞生存所必須的640個(gè)基因中，很多都和線粒體代謝有關(guān)

而且，它們表現(xiàn)出了更強(qiáng)的線粒體呼吸和更高的線粒體膜電位，并依賴這種線粒體代謝的改變，讓自己獲得了生存競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：

圖注：突變細(xì)胞有更高的基礎(chǔ)和最大耗氧率，線粒體膜電位升高（MitoTracker Green染料標(biāo)記活細(xì)胞中的線粒體，TMRE染料熒光強(qiáng)度與線粒體膜電位呈正相關(guān)）

在體外實(shí)驗(yàn)中，攜帶突變基因的HSPCs增殖更快，其比例比正常細(xì)胞高出了50%。即便在生存條件匱乏（如缺少促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的胰島素樣生長(zhǎng)因子1，Igf1）的環(huán)境中，依然能有效地生成血液細(xì)胞，并在骨髓中占據(jù)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。

圖注：突變細(xì)胞在不利環(huán)境中具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力

但是，當(dāng)把細(xì)胞內(nèi)電子傳遞鏈（ETC，參與線粒體呼吸的最后階段）亞基相關(guān)的基因（如分別編碼ETC復(fù)合體I和復(fù)合體IV的Ndufv1和Cox15基因）敲掉后，這些突變細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)卻下降了。看來，突變細(xì)胞想“異軍突起”，得靠線粒體代謝的變化來提供支持

圖注：突變HSPCs細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)依賴于線粒體代謝

這有點(diǎn)像，正常細(xì)胞靠普通燈光照明，而Dnmt3a基因突變血細(xì)胞則直接打開了高能聚光燈，把能量壓榨到了極致。也正因?yàn)檫@種高能狀態(tài)，容易暴露可被干預(yù)的弱點(diǎn)。

胍胍：話不多說，看招兒！

這不接下來，胍胍它出場(chǎng)了。

作為每天約有2億患者使用的降糖藥，早前研究已證明胍胍可通過影響線粒體功能來降低衰老相關(guān)yan癥[5]和治療ai癥[6]。這一次，它又現(xiàn)身來為自己代言。

突變?cè)煅?xì)胞“橫著走”？休想！

研究者發(fā)現(xiàn)，胍胍能顯著減少Dnmt3a突變血細(xì)胞的占比，大大削弱它們的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

臨床濃度（50μM）的胍胍即可在體外有效抑制突變HSPCs細(xì)胞的生存優(yōu)勢(shì)。小鼠骨髓移植實(shí)驗(yàn)也顯示，胍胍（5 mg/ml，此濃度跟人體內(nèi)藥效相似）連續(xù)干預(yù)7個(gè)月能顯著抑制突變血細(xì)胞的擴(kuò)增（細(xì)胞比例由84.6%降至56.5%），且不會(huì)影響正常細(xì)胞間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

圖注：體外抑制實(shí)驗(yàn)（上）；骨髓移植實(shí)驗(yàn)（下）（下圖中CD45.2表示攜帶Dnmt3a突變的細(xì)胞，CD45.1表示正常細(xì)胞）

線粒體異常，馬上解決

除了管控Dnmt3a突變血細(xì)胞的“克隆”，由其引起的線粒體異常，胍胍也沒落下。

在小鼠中，胍胍處理不僅降低了Dnmt3a突變 LK細(xì)胞（一類在骨髓中富集的細(xì)胞群體，包括HSPCs細(xì)胞）的基礎(chǔ)和最大耗氧率，還降低了線粒體的膜電位，使其恢復(fù)到了與正常細(xì)胞相似的水平。

圖注：胍胍改善線粒體功能

從讓“高能態(tài)”的線粒體恢復(fù)正常來看，胍胍這是實(shí)打?qū)嵉亟o突變細(xì)胞來了招兒“釜底抽薪”！

深層機(jī)制？胍胍看準(zhǔn)了這幾點(diǎn)

一手讓Dnmt3a突變血細(xì)胞“大減員”，一手讓其損失“燃料外掛”，其實(shí)呢，是因?yàn)殡译腋闪诉@些“細(xì)節(jié)活兒”：

No.1

兩步，讓線粒體正常供能

研究者注意到，胍胍削弱Dnmt3a突變血細(xì)胞過度擴(kuò)殖的效果，可被一種對(duì)胍胍不感冒，能代替線粒體復(fù)合體I工作的酶——酵母蛋白NDI1所逆轉(zhuǎn)。說明胍胍是通過直接抑制線粒體復(fù)合體I來改善線粒體功能的。

圖注：NDI1能抑制胍胍的作用（左）；胍胍干預(yù)下調(diào)了異常上調(diào)的OXPHOS相關(guān)基因表達(dá)

此外，在突變的造血干細(xì)胞中，有一大批和線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）有關(guān)的基因出現(xiàn)了顯著上調(diào)。而胍胍下調(diào)了它們的表達(dá)。這又說明，除了抑制線粒體復(fù)合體I，下調(diào)OXPHOS相關(guān)基因也是胍胍針對(duì)異常線粒體功能的策略之一。

No.2

提升細(xì)胞的甲基化潛力

除了改善線粒體，前面提到，Dnmt3a基因參與了DNA的甲基化過程，它的突變直接造成了細(xì)胞的低甲基化狀態(tài)，基因表達(dá)混亂了，細(xì)胞因此出現(xiàn)反常行為。

而胍胍，可通過調(diào)節(jié)一碳代謝，增強(qiáng)細(xì)胞的甲基化潛力（用甲基化指數(shù)SAM/SAH表示）。

具體來說，一碳代謝是產(chǎn)生SAM的重要過程。在突變的LK細(xì)胞中，胍胍處理不僅增加了一碳代謝相關(guān)代謝物（如二甲基甘氨酸、牛磺酸等）的水平，還在基因?qū)用嫔险{(diào)了相關(guān)基因（如Shmt2、Mthfd2l）的表達(dá)，從而提高了SAM的水平，增加了細(xì)胞的甲基化潛力。

圖注：胍胍通過調(diào)節(jié)一碳代謝過程，增加細(xì)胞的甲基化潛力

No.3

逆轉(zhuǎn)表觀遺傳異常

但你可能要問了，出問題的是發(fā)生突變的Dnmt3a基因，只提高SAM水平還不夠吧？

沒錯(cuò)，研究者們還注意到，Dnmt3a基因雖然發(fā)生了突變，但它合成甲基轉(zhuǎn)移酶的活性并未完全喪失（大概還剩了20%）。胍胍靠著這一特點(diǎn)扭轉(zhuǎn)了細(xì)胞低甲基化的“困局”。

當(dāng)使Dnmt3a殘余的活性（敲除剩余的野生型Dnmt3a等位基因）也喪失后，突變細(xì)胞們的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)變得更強(qiáng)了，同時(shí)胍胍的作用也消失了。也就是說，胍胍發(fā)揮作用需要依賴Dnmt3a基因剩余的活性

圖注：在正常細(xì)胞和突變細(xì)胞中敲除Dnmt3a基因（左）；敲除后胍胍失效（右）

在Dnmt3a基因還有殘余活性的前提下，胍胍通過為細(xì)胞提供了更多的甲基化“原料”（即SAM），使得即使在Dnmt3a突變基因僅有約20%活性的情況下，也能有效地進(jìn)行DNA甲基化

來自小鼠的突變LK細(xì)胞數(shù)據(jù)證實(shí)了上述觀點(diǎn)：一個(gè)月的胍胍治療顯著提高了突變細(xì)胞中低甲基化CpG區(qū)域的甲基化水平，使原本679個(gè)低甲基化區(qū)域中的617個(gè)區(qū)域（約91%）的甲基化水平恢復(fù)，接近正常細(xì)胞的狀態(tài)。

圖注：胍胍能恢復(fù)突變細(xì)胞的低甲基化狀態(tài)（特別對(duì)調(diào)控基因表達(dá)的關(guān)鍵區(qū)域有效）

此外，Dnmt3a基因突變也導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)組蛋白H3K27me3水平（一種通常與基因沉默相關(guān)的表觀遺傳標(biāo)記）出現(xiàn)下降，而胍胍也能逆轉(zhuǎn)這一異常的低甲基化狀態(tài)

綜上，胍胍通過改善線粒體功能，提高細(xì)胞的甲基化水平，以及逆轉(zhuǎn)異常的表觀遺傳景觀，就這樣將突變血細(xì)胞的“擴(kuò)軍大計(jì)”扼殺在了搖籃之中！

年紀(jì)大了，身體里不止器官們?cè)谧兝希@么一看，就連運(yùn)輸重要貨物的血液系統(tǒng)，都可能被突變細(xì)胞偷偷接管，成為壽命的隱形殺手。

而抗衰“老熟人”胍胍，這次也不負(fù)眾望，精準(zhǔn)干預(yù)線粒體代謝紊亂，一舉撥正血細(xì)胞命運(yùn)的偏航，打得的確妙。再給它一點(diǎn)時(shí)間，全面摸清機(jī)制、優(yōu)化實(shí)際應(yīng)用，未來在抗衰領(lǐng)域，胍胍的分量或許會(huì)越來越重！

—— TIMEPIE ——

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參考文獻(xiàn)