P-选择素过表达通过炎症受体介导的增殖与分化破坏造血干细胞稳态：连接衰老与炎症的分子枢纽

《Cell Death & Disease》：P-selectin overexpression impairs hematopoietic stem cell homeostasis via inflammatory receptor-mediated proliferation and differentiation

本研究针对衰老和炎症应激下造血干细胞（HSC）功能失调的机制展开探索。研究人员发现P-选择素（Selp）在衰老HSC及炎症条件下显著上调，通过单细胞转录组学、基因工程小鼠模型及功能实验，揭示了Selp过表达通过直接结合干扰素γ受体1（IFNγR1），异常激活JAK1-STAT1和PI3K-AKT-mTOR信号通路，驱动HSC过度增殖与分化，最终导致长期造血干细胞（LT-HSC）耗竭和基因组不稳定性增加。该研究不仅阐明了Selp在造血衰老中的核心作用，还发现其过表达可抑制白血病干细胞（LSC）的致病能力，为干预年龄相关造血功能障碍及选择性靶向LSC提供了双重治疗策略。

　　

在生命的长河中，造血干细胞（Hematopoietic Stem Cell, HSC）如同一位忠诚的守护者，持续为机体提供新鲜的血细胞和免疫细胞，维持着血液系统和免疫系统的稳态平衡。然而，随着个体年龄增长，这位“守护者”自身也会逐渐衰老，其功能出现衰退，表现为自我更新能力下降、分化潜能失衡以及重建造血的能力减弱。这种与年龄相关的造血功能衰退，常常伴随着一种慢性的、低度的炎症状态，科学家们称之为“炎症衰老”（inflammaging）。尽管已知慢性炎症是推动HSC衰老的重要驱动力，但连接炎症与HSC功能失调的具体分子桥梁仍不甚清晰。

正是在这样的背景下，发表在《Cell Death and Disease》上的一项新研究揭开了谜题的一角。该研究聚焦于P-选择素（P-selectin，基因名Selp）——一个在炎症反应中熟知的白细胞黏附分子，却发现它在HSC衰老过程中扮演了前所未有的核心角色。研究人员观察到，无论是在自然衰老的小鼠HSC中，还是在多种炎症应激模型（如败血症、肺炎、哮喘）的HSC中，Selp的表达水平都显著升高。这一现象提示，Selp可能不仅仅是炎症的“结果”，更可能是主动参与调控HSC命运的“开关”。为了验证这一猜想，研究人员构建了造血系统特异性过表达Selp的转基因小鼠模型（OE Selp），深入探究了Selp过表达对HSC稳态的深远影响。

研究发现，Selp的持续高表达如同给HSC踩下了“油门”，迫使原本处于静息状态的HSC进入活跃的细胞周期，不断增殖和分化。短期内，这导致了HSC池的扩增；但长此以往，却是对HSC储备的“透支”。经过长达48周的观察，研究人员发现OE Selp小鼠中最为原始的长期造血干细胞（LT-HSC）库逐渐耗竭，而短期造血干细胞（ST-HSC）和多能祖细胞（MPP）则代偿性增加，这表明HSC的稳态被打破，分化进程加速。更深入的表型分析揭示了Selp过表达带来的多重损害：HSC的细胞极性（由微管蛋白Tubulin和细胞分裂周期蛋白42 CDC42的极化分布表征）被破坏；细胞内活性氧（ROS）水平显著升高，造成氧化应激；基因组不稳定性增加，DNA损伤标志物γH2A.X foci增多，彗星电泳实验也证实了更严重的DNA碎片化。最终，在竞争性造血重建实验中，OE Selp来源的HSC表现出显著减弱的多系别重建能力，其贡献率随时间推移急剧下降，证实了其长期自我更新功能的丧失。

为了揭示背后的分子机制，研究人员采用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术描绘了Selp过表达HSC的转录组图谱。伪时间轨迹分析显示，Selp过表达推动了HSC从LT-HSC向ST-HSC和MPP的快速分化，而非维持干细胞库的静息状态。基因集变异分析（GSVA）进一步表明，Selp过表达显著上调了炎症反应、干扰素（IFN）反应和PI3K-AKT-mTOR信号通路相关基因集的活性，而下调了与极性维持、MYC靶基因和DNA损伤修复相关的通路。这提示Selp可能通过激活特定的炎症信号通路来发挥作用。

机制的探索指向了一个关键的相互作用：免疫荧光和邻近连接技术（PLA）证实，P-选择素蛋白与干扰素γ受体1（IFNγR1）在HSC膜表面发生共定位和直接结合。随之而来的是下游信号的级联放大：JAK1和STAT1的磷酸化水平升高，PI3K-AKT通路被激活，mTOR蛋白表达增加，而细胞周期抑制蛋白p21（CDKN1A）表达下降。这条被异常激活的JAK1-STAT1-PI3K-AKT-mTOR信号轴，如同一条失控的生产线，驱动HSC过度增殖，同时加剧了氧化应激和DNA损伤，最终导致HSC的功能耗竭。

研究的另一个重要发现在于Selp对白血病干细胞（Leukemia Stem Cell, LSC）的影响。在BCR-ABL1诱导的慢性髓系白血病（CML）小鼠模型中，令人惊讶的是，Selp的过表达虽然损害了正常HSC的功能，却显著抑制了LSC的致病能力。过表达Selp的LSC在受体小鼠体内形成的肿瘤负荷显著降低，小鼠生存期延长。进一步分析表明，OE Selp LSC更易发生细胞周期阻滞（G0/G1期积累），凋亡增加，体外集落形成能力严重受损。这表明LSC对Selp过表达诱导的功能抑制更为敏感，提示精确调控Selp水平或许能为选择性清除LSC同时相对保留正常HSC功能提供一种潜在的治疗策略。

本研究综合运用了多种关键技术方法。研究主体在基因工程小鼠模型（如造血系统特异性Selp过表达小鼠B6.Selp^Loxp/0Vav-Cre）上进行。通过流式细胞术（FACS）分离和鉴定各类造血干细胞与祖细胞群体（如LT-HSC, ST-HSC, MPP）。建立了多种疾病模型（败血症、肺炎、哮喘）模拟炎症应激。利用单细胞RNA测序（10X Genomics平台）分析HSC转录组。功能验证实验包括5-氟尿嘧啶（5-FU）敏感性试验、体内EdU掺入实验、ROS检测、免疫荧光染色、彗星电泳、竞争性造血重建实验以及BCR-ABL1诱导的白血病模型。分子机制研究采用了免疫共定位、邻近连接实验（PLA）以及关键信号分子磷酸化水平的检测。

Transcription level of Selp is elevated in aged HSC

研究人员首先通过单细胞RNA测序比较了年轻（2月龄）和年老（24月龄）小鼠HSC的转录组差异。结果显示，年老小鼠的LT-HSC中处于G1期的比例增加，同时LT-HSC群体比例下降，提示其静息态维持能力减弱。差异表达分析发现，年老HSC中炎症相关通路（如TNF-α信号、IFN-γ反应）显著激活。通过交叉比对多个已发表的衰老HSC数据集，筛选出四个共同上调的基因，其中Selp因其在炎症和衰老中的潜在作用被选为后续研究的焦点。体外用炎症因子IL-1β刺激年轻HSC，可诱导其增殖并上调P-选择素蛋白表达，初步建立了炎症-Selp上调的联系。

P-selectin is increased in HSC under inflammatory conditions

为了验证Selp上调的普遍性，研究者在败血症、肺炎和哮喘三种小鼠炎症模型中检测了HSC的P-选择素表达。结果一致表明，在各种炎症状态下，HSC（包括LT-HSC, ST-HSC, MPP）中的P-选择素水平均显著升高，并且HSC池发生扩增。同时，下游的髓系祖细胞（GMP）也出现扩增和P-选择素上调。这些结果确立了炎症状态下HSC扩增与P-选择素上调相伴发生的现象。

Selp overexpression causes a hematopoiesis disorder

通过构建造血系统特异性诱导过表达Selp的小鼠模型（OE Selp），研究发现短期（4周）Selp过表达即引起造血系统紊乱：脾脏肿大，外周血白细胞减少伴髓系和T细胞减少，骨髓和脾脏白细胞组成改变，造血祖细胞中淋系祖细胞（CLP）和巨核系-红系祖细胞（MEP）扩增，而髓系祖细胞（CMP, GMP）减少。HSC群体（LSK, LT-HSC, ST-HSC, MPP）的比例和绝对数量均增加。长期观察（4至48周）发现，虽然总HSC池持续扩增，但最原始的LT-HSC库却随时间推移而逐渐耗竭，ST-HSC和MPP代偿性增加，表明慢性Selp过表达导致了LT-HSC的衰竭。

Selp overexpression impairs HSC function

功能实验证实Selp过表达破坏了HSC静息态。OE Selp小鼠对5-FU的敏感性显著增加，死亡率更高，表明更多HSC处于增殖状态。体内EdU掺入实验直接证明了OE Selp HSC的增殖活性增强。伴随而来的是ROS水平升高、细胞极性破坏（Tubulin和CDC42分布去极化）、DNA损伤加剧（γH2A.X foci增多，彗星尾矩增加）。竞争性重建实验显示，OE Selp HSC的长期多系别重建能力严重受损，其贡献率随时间迅速下降，且分化偏向B淋巴细胞，髓系潜能减弱。

High expression of Selp causes transcriptional changes in HSC

对OE Selp和对照组小鼠的骨髓细胞及分选的HSC进行单细胞RNA测序。伪时间轨迹分析显示，Selp过表达促使HSC分化轨迹向ST-HSC和MPP方向快速推进。基因表达动态变化分析发现，与干细胞干性维持相关的基因（如Hes1, Myc）表达下降，而与炎症反应相关的基因（如Fos, Jun, Csf3r）表达上调。通路活性评分（GSVA）证实，OE Selp HSC中炎症反应、IFN-γ反应、PI3K-AKT-mTOR信号通路活性增强，而极性维持、DNA损伤修复等通路活性减弱。

Selp affects HSC homeostasis through inflammatory response receptors

scRNA-seq提示Selp过表达激活了炎症反应。进一步分析发现，OE Selp HSC中干扰素γ受体1（IFNγR1）表达显著上调。免疫荧光显示P-选择素与IFNγR1在HSC膜上共定位且表达水平呈正相关，邻近连接实验（PLA）证实了两者之间存在直接相互作用。下游信号分子检测发现，JAK1、STAT1、PI3K、AKT的磷酸化水平以及mTOR蛋白表达在OE Selp HSC中均升高，而细胞周期抑制蛋白p21（CDKN1A）表达下降。这阐明了Selp通过直接结合并激活IFNγR1，进而触发JAK1-STAT1-PI3K-AKT-mTOR信号轴，驱动HSC增殖和功能异常的分子通路。

High expression of Selp diminishes the pathogenic capacity of leukemia stem cells

在BCR-ABL1诱导的CML模型中，尽管疾病初期肿瘤负荷相当，但过表达Selp的LSC最终无法有效维持白血病进展。所有对照组小鼠在31天内死亡，而OE Selp组小鼠全部存活超过50天。OE Selp受体小鼠的骨髓、脾脏和血液中白血病细胞负荷显著降低，器官病理损伤减轻。对LSC的分析显示，其数量减少，细胞周期阻滞在G0/G1期，凋亡增加，体外集落形成能力严重受损。这表明Selp过表达同样削弱了LSC的自我更新和致病能力，且LSC对此效应比正常HSC更敏感。

综上所述，本研究确立了P-选择素（Selp）是连接慢性炎症、衰老与造血干细胞功能衰退的一个关键分子节点。研究揭示了Selp在HSC中不依赖于其经典黏附功能的新作用：通过直接相互作用激活IFNγR1-JAK1-STAT1-PI3K-AKT-mTOR炎症信号轴，打破HSC静息，促进其增殖和分化，最终因氧化应激、基因组不稳定性和DNA损伤修复能力下降导致LT-HSC耗竭。这一机制不仅是应激造血的快速反应模块，更是慢性炎症诱导HSC衰老的核心因素。尤为重要的是，研究发现了Selp过表达对白血病干细胞（LSC）功能的抑制作用，揭示了其双重治疗潜力：一方面，靶向Selp可能缓解年龄相关的造血功能障碍；另一方面，调控Selp水平或可为选择性靶向恶性肿瘤中的LSC提供新策略。该研究深化了对造血衰老机制的理解，并为相关疾病的干预提供了新的思路和靶点。