《Science Immunology》：Suppression of thrombospondin-1–mediated inflammaging prolongs hematopoietic health span
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在这篇研究中，Ramalingam 等人利用小鼠造血早衰模型，发现血小板反应蛋白 - 1（Thbs1）是造血干细胞（HSCs）炎性衰老的驱动因素。删除 Thbs1 可抑制 HSCs 炎性衰老，改善造血功能，减轻全身炎症，为延缓造血衰老提供新方向。
研究背景
造血干细胞（HSCs）具有自我更新能力，并能分化为髓系和淋巴系细胞，维持血细胞的日常生成。随着年龄增长，HSCs 自我更新能力下降，出现髓系偏向分化，导致先天免疫激活和适应性免疫缺陷，引发多种临床问题，如易感染、贫血等。慢性炎症与造血功能衰退相关，这种慢性、低度炎症被称为 “炎性衰老（inflammaging）”。炎性衰老由多种促炎细胞因子引发，它们影响 HSCs 功能，且 HSCs 髓系偏向分化又会加重全身炎性衰老，形成恶性循环。此前针对炎性衰老的研究存在不足，缺乏精确测量 HSCs 炎性衰老的工具，现有干预措施也无法同时恢复 HSCs 功能和改善全身炎症。
Thbs1 是 HSCs 的候选促衰老因子
研究人员通过对表现出 HSCs 早衰表型和炎症应激的小鼠模型（mTORECKO小鼠）进行血浆蛋白质组分析，发现 Thbs1 信号通路激活，且血浆中 Thbs1 水平升高。Thbs1 以往被认为是抗血管生成因子，在多种生理病理过程中发挥作用，但它对 HSCs 活性和造血健康寿命的影响尚不明确。
体外实验中，添加重组 Thbs1（rThbs1）不影响 HSCs 形态和数量，但会降低其长期移植潜力。体内实验显示，Thbs1 基因敲除（Thbs1KO）的年轻小鼠外周血髓系细胞频率降低，骨髓细胞移植实验表明其 HSCs 长期多系移植潜力显著增加。将 mTORECKO小鼠与 Thbs1KO小鼠杂交后发现，删除 Thbs1 可预防 mTORECKO小鼠的外周血细胞减少、髓系偏向分化，改善 HSCs 长期移植潜力和淋巴系输出，表明 Thbs1 是 HSCs 的候选促衰老因子。
此外，研究还发现内皮 mTOR 信号调节 Thbs1 表达，mTOR 抑制剂雷帕霉素可诱导 Thbs1 表达，而 rThbs1 处理会下调 mTOR 信号。
Thbs1 对 HSCs 施加炎症应激
对年轻对照小鼠和 Thbs1KO小鼠的 HSCs 进行 RNA 测序（RNA-seq）分析，基因集富集分析（GSEA）显示，Thbs1KO小鼠 HSCs 中先天免疫反应和炎症相关通路下调。对年轻野生型小鼠 HSCs 在有无 rThbs1 培养条件下进行 RNA-seq 分析，并与老年 HSCs 对比，发现 rThbs1 上调干扰素（IFN）反应通路，下调氧化磷酸化和活性氧（ROS）解毒通路，导致 HSCs 线粒体膜电位（MMP）降低、ROS 水平升高。
通过筛选针对 Thbs1 的单克隆抗体，发现 A4.1 克隆可改善 rThbs1 处理的 HSCs 长期多系移植潜力，下调 IFN-γ 和 IFN-α 反应通路。进一步研究发现，Thbs1 通过其受体 CD36 激活炎症，中和 CD36 活性可恢复 rThbs1 处理的 HSCs 的 MMP，抑制炎症。
微生物信号诱导骨髓微环境中 Thbs1 表达
利用 TSP-GFP 小鼠分析发现，Thbs1 主要在骨髓微环境中的髓系细胞、巨核细胞、造血干细胞祖细胞（HSPCs）、骨髓内皮细胞（BMECs）和瘦素受体阳性（LepR+）间充质基质细胞（MSCs）中表达。用抗生素降低微生物负荷后，中年 TSP-GFP 小鼠外周血出现贫血、白细胞减少，骨髓中 HSPC 频率降低，BMECs 和 LepR+ MSCs 频率下降，Thbs1 在 BMECs 中的表达几乎完全丧失。
给年轻 TSP-GFP 小鼠注射 Toll 样受体 3（TLR3）激动剂聚肌苷酸 - 聚胞苷酸（poly I:C）或 TLR4 激动剂脂多糖（LPS）后，发现两者均导致骨髓细胞数量减少、IFN 反应激活、外周血髓系细胞频率增加、淋巴系细胞频率降低，同时诱导 Thbs1 表达，表明微生物信号可诱导骨髓微环境中 Thbs1 表达，促进 HSC 炎症应激。
保守的转录特征识别 HSC 炎性衰老
分析年轻和老年小鼠 HSCs 的转录组数据，通过 GSEA 发现衰老与多种炎症通路的上调相关，其中 IFN 反应通路富集程度最高，老年 HSCs 还表现出髓系偏向分化的基因特征。重新分析已发表的老年 HSCs 转录组数据集，发现使用 HSC 特异性基因特征能更准确地反映转录变化的保守性。
研究人员开发了一个名为 “HSC_INFLAMMAGING” 的基因表达特征，包含 117 个在衰老和慢性炎症中共同上调的基因。该特征在多种情况下都能有效评估 HSC 的炎性衰老程度，如在急性炎症应激下 HSCs 的 HSC_INFLAMMAGING 特征会上调，而在无菌环境下衰老小鼠的 HSCs 中则下调，且在人类 HSPCs 中也存在保守的上调现象。
删除 Thbs1 抑制 HSC 炎性衰老
对 Thbs1KO小鼠进行 19 个月的生理老化后分析发现，删除 Thbs1 可减弱 HSCs 与衰老相关的转录变化，下调炎症通路和 HSC_INFLAMMAGING 基因特征，降低 SCA1 和 SLAMF1 等炎性衰老标记物的表达，改善 MMP，减少 DNA 损伤，下调 HSC 髓系偏向特征，上调 “年轻 HSC” 转录特征，降低外周血细胞的表观遗传年龄。
分析已发表的 HSC 衰老转录组发现，衰老与 HSCs 中 p21 相关的衰老转录程序有关，删除 Thbs1 可减弱这种衰老相关变化，表明抑制 HSC 炎性衰老可维持 HSC 健康和造血健康寿命。
删除 Thbs1 可维持衰老过程中的造血健康寿命
对 19 个月大的 Thbs1KO小鼠进行造血活性评估，发现删除 Thbs1 可减轻年龄相关的造血功能障碍，如贫血、血小板增多和中性粒细胞增多，抑制髓系细胞过度增殖，恢复淋巴系输出，维持骨髓细胞数量和 HSC 频率，完全保留 HSCs 的长期移植潜力，防止年龄相关的髓系偏向分化。
对 26 个月大的 Thbs1KO小鼠进行竞争性移植实验，发现其 HSCs 仍能保留部分移植潜力和淋巴系输出，表明删除 Thbs1 可在衰老过程中维持造血健康寿命，即使在极端年龄也能发挥作用。
抑制 HSC 炎性衰老可减轻全身炎症
髓系细胞是促炎细胞因子的重要来源，促进全身炎性衰老。删除 Thbs1 可抑制老年小鼠外周血和骨髓中髓系细胞的过度增殖，降低血浆中促炎细胞因子（如 IL-1A、TIMP-1 等）的水平，使其与年轻小鼠相似。
Thbs1KO老年小鼠的身体成分分析显示，其年龄相关的肥胖减少，骨矿物质密度（BMD）得以保留，骨髓微环境中的脂肪细胞积累减少，血管破坏减轻，表明删除 Thbs1 可维持骨髓微环境的活性。将老年小鼠的骨髓细胞移植到年轻 Thbs1KO小鼠体内，发现 HSCs 的长期移植潜力得以保留，进一步证实了删除 Thbs1 对骨髓微环境的改善作用。此外，Thbs1KO小鼠的寿命分析显示，其平均寿命和最大寿命均显著延长。
讨论
本研究表明，抑制 HSC 炎性衰老可近乎完全维持 HSC 健康和造血健康寿命，对全身健康寿命也有有益影响。HSC 炎性衰老由多种炎症通路激活引起，单一炎症细胞因子的靶向治疗可能无法完全缓解 HSC 炎性衰老。
Thbs1 在多种年龄相关疾病中发挥有害作用，删除 Thbs1 可减轻全身炎症，改善代谢稳态。本研究开发的基于转录组学的方法可广泛应用于评估各组织和器官系统的炎性衰老，同时也证实了小鼠 HSCs 在衰老过程中会发生衰老。
研究还发现微生物信号通过诱导骨髓微环境中 Thbs1 表达，促进 HSC 炎性衰老，提出了 “粘膜 - 骨髓轴” 通过 Thbs1 驱动 HSC 炎性衰老的假说，为研究衰老过程中干细胞缺陷的根本原因提供了新框架。
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