全球老龄化不断加剧，如何延缓衰老、促进健康衰老，需要我们对衰老这一生理过程进行更深入的探索。成年后机体维持健康的能力依赖于体内的平衡机制，其中干细胞在维持成年个体的稳态平衡中发挥着关键作用[1]。然而，随着年龄的增长，干细胞的数量和功能无法维持，会引起组织退化和组织损伤修复能力的下降[2]。秀丽隐杆线虫是研究衰老的经典模式生物之一，其生殖干细胞依赖高度保守的Notch 信号通路维持其干性，为研究干细胞衰老提供了细胞和分子生物学模型。秦昭团队前期研究发现：胰岛素信号通路，这一在物种间高度保守的、调控个体寿命的信号通路，通过其下游的DAF-16/FOXO 转录因子显著影响线虫生殖干细胞随年龄的衰减，并且这一作用主要是通过生殖腺近端体细胞（PSG）中的DAF-16/FOXO活性来实现。由于PSG 不是与生殖干细胞、而是与它们的分化后代直接接触，这提示干细胞衰老在器官系统层面受到调控[3]。研究团队进一步提出假设，即PSG表达能够介导DAF-16/FOXO活性的下游效应因子，可以调控位于生殖腺远端的生殖干细胞的衰老。
2024年6月8日, 同济大学医学院/附属同济医院秦昭/郑加麟/相俊团队在Nature Communications上发表了题为DOS-3 mediates cell-non-autonomous DAF-16/FOXO activity in antagonizing age-related loss of C. elegans germline stem/progenitor cells的研究成果。研究发现一个非经典的Notch配体DOS-3介导PSG细胞中的DAF-16/FOXO活性以拮抗线虫生殖干细胞随年龄的衰减，研究对于解析生殖衰老和干细胞衰老的机制具有广泛意义。
为了寻找介导DAF-16/FOXO活性维持老年线虫中生殖干细胞数量的关键下游因子，研究人员通过流式细胞术分选出了特异性标记的成年线虫PSG细胞，并获得了DAF-16/FOXO转录因子在年轻和衰老PSG组织中的表达谱。通过分析衰老PSG中DAF-16/FOXO的下游靶基因，研究人员发现了一个候选基因dos-3，它编码Notch信号通路的非经典配体，并且其表达在高DAF-16/FOXO活性水平遗传背景的老年线虫的PSG中上调。通过对其结构分析发现，DOS-3是一种分泌蛋白，可能介导PSG中DAF-16/FOXO活性对线虫生殖干细胞的调控。
为了确定dos-3在衰老过程中的表达模式，研究人员通过构建内源启动子融合gfp的转基因线虫，发现dos-3在高DAF-16/FOXO活性水平遗传背景的成年线虫的PSG细胞中表达，并且其表达随年龄上调，这与转录组测序的结果一致。通过分析DAF-16/FOXO 的ChIP-seq 数据，研究人员针对DAF-16/FOXO结合dos-3 启动子的潜在位点做了突变，证实dos-3 的表达受到DAF-16/FOXO 的直接调控。
为了明确dos-3在衰老过程中维持生殖干细胞的作用，研究人员通过敲除dos-3基因，证实了破坏dos-3 基因的功能会促进高DAF-16/FOXO活性水平遗传背景的线虫中生殖干细胞随年龄的衰减。进一步通过组织特异性敲低dos-3 的表达，研究人员发现成年时期PSG 中dos-3 的表达对于高DAF-16/FOXO活性水平遗传背景线虫中生殖干细胞的维持是必需的。
分子机制方面，研究人员通过对线虫生殖腺中两个Notch 信号通路的下游靶基因sygl-1和lst-1的表达进行可视化分析，发现dos-3在调控这两个基因在衰老过程中的表达变化中发挥重要作用。综上，这些数据与研究人员的假设一致，即dos-3通过激活生殖腺远端中的Notch信号通路，介导DAF-16/FOXO活性对生殖干细胞的影响。
进一步通过功能回补实验，研究人员证实了dos-3位于daf-16的下游，并平行于Notch 经典配体lag-2，通过激活glp-1/Notch 信号通路以拮抗生殖干细胞随年龄的丢失。最后，通过过表达DOS-3的人类同源物DLK1，研究人员证实了DLK1可以功能性地替代DOS-3，进一步证明了DOS家族激活Notch信号通路的功能在不同物种间的保守性。
该研究阐明了细胞非自主的DAF-16/FOXO活性对抗线虫生殖干细胞随年龄衰减的机制，研究人员的数据提供了有关同一器官系统内来源于微环境以外其它细胞的信号对干细胞调控的机制性见解。由于Notch信号通路控制着许多组织干细胞的分化，类似的机制可能也存在于其他衰老的干细胞系统中。
秀丽线虫DAF-16/FOXO 拮抗生殖干细胞衰老的机制
同济大学医学院/附属同济医院秦昭教授、郑加麟教授、相俊副主任医师为该研究的共同通讯作者，同济大学医学院张志飞博士为论文第一作者。秦昭教授实验室以线虫为模式动物，聚焦生殖衰老领域的研究，热忱欢迎感兴趣的博士后、研究生加入。
参考文献
[1] Lopez-Otin, C., et al., Hallmarks of aging: an expanding universe. Cell, 2023. 186(2): p. 243-278.
[2] Goodell, M.A. and T.A. Rando, Stem cells and healthy aging. Science, 2015. 350(6265): p. 1199-1204.
[3] Qin, Z. and E.J.A. Hubbard, Non-autonomous DAF-16/FOXO activity antagonizes age-related loss of C. elegans germline stem/progenitor cells. Nature Communications, 2015. 6: 7107.
撰稿：张志飞博士
审核：陈岚彬
编辑：余雯
