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在探究组织再生潜能随年龄下降机制尚不明确的背景下，研究人员以果蝇卵巢为对象开展干细胞微环境衰老研究。结果发现衰老过程中基因表达（GE）和可变剪接（AS）存在细胞类型特异性变化，且二者协同调控。这为理解干细胞微环境衰老机制提供了重要依据。
在动物的世界里，成年器官要保持健康运作，就需要在组织维持或应对病理生理情况时，严格控制体内平衡。这其中，干细胞起着关键作用，它们常栖息于专门的微环境（niche）中，这些微环境调控着干细胞的增殖和分化。然而，随着年龄的增长，组织维持正常体内平衡和再生能力的程度，取决于驻留干细胞群体的活性。一旦干细胞 - 微环境的活性和数量受损，就会导致组织损耗，这是衰老的一个显著特征，具体表现为组织功能因细胞补充失衡而下降。
在衰老过程中，干细胞会经历一系列变化，比如体细胞突变积累、克隆性扩增，增殖能力下降以及干细胞丢失等。在细胞层面，干细胞会面临基因毒性应激增加（包括活性氧浓度升高）、表观遗传调控和基因组完整性改变、细胞黏附变化、对信号的反应性改变、细胞极性改变、营养感知变化以及自我更新分裂变化等。尽管衰老对组织再生潜能的影响至关重要，但在生物体仍处于生殖年龄阶段时，组织再生潜能随年龄下降的具体机制却并不清楚。特别是生殖系干细胞（germline stem cell，GSC）的衰老问题，因为这些细胞有可能在每一代更新后产生全新的生物体，所以在生殖年龄时，GSC 的质量不应受到损害。但有研究发现，果蝇性腺和哺乳动物精原干细胞在衰老过程中存在行为变化，这表明生殖系微环境衰老似乎主要影响微环境支持细胞，而非干细胞本身。
此外，可变剪接（alternative splicing，AS）作为一种转录后机制，可通过对给定转录基因的前体 mRNA 进行可变加工，增加蛋白质组的复杂性，进而扩展蛋白质的相互作用能力。在许多动物模型中，剪接会随年龄发生变化，这可能将受损的生理体内平衡与转录组质量联系起来。但剪接是否影响干细胞微环境衰老，目前还不得而知。
为了揭示干细胞微环境衰老的新机制，并探究差异基因表达（gene expression，GE）和 AS 与干细胞微环境体内平衡之间的关系，来自西班牙多个研究机构（Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD)、Centre for Genomic Regulation、Universitat Pompeu Fabra (UPF)、ICREA、Departamento de Genética e Instituto de Biotecnología, Universidad de Granada）的研究人员，以果蝇卵巢为研究对象，深入研究了卵巢干细胞微环境支持细胞在衰老过程中 GE 的变化，重点关注了 AS 在这一过程中的作用。该研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是批量 RNA 测序（RNA-seq）技术，通过该技术对不同年龄的卵巢干细胞微环境支持细胞进行转录组分析，以确定参与微环境细胞衰老的候选基因。其次是荧光激活细胞分选（Fluorescence-Activated Cell Sorting，FACS）技术，利用该技术分离特定的细胞群体，如终端丝细胞（terminal filament cells，TFCs）、帽细胞（cap cells，CpCs）和前护卫细胞（anterior escort cells，ECs），为后续研究提供纯净的细胞样本。此外，还运用了免疫组织化学技术，用于检测特定蛋白的表达和定位，以及通过构建突变体和 RNA 干扰（RNAi）技术来操纵基因表达，研究基因功能。
研究结果如下：
- 衰老 TFCs-CpCs 的 GE 和 AS 变化：研究人员分离了 1 周龄和 4 周龄雌性果蝇的 TFCs 和 CpCs，进行 RNA-seq 分析。结果发现，与 1 周龄细胞相比，4 周龄细胞中有 1421 个基因的表达发生了变化，这些基因涉及细胞黏附、细胞迁移、细胞极性、细胞骨架、细胞外基质、离子运输、肌肉或神经信号传导 / 发育等多个类别。同时，研究人员还对 AS 事件进行了研究，发现 1 周龄和 4 周龄的 TFCs-CpCs 之间存在 958 个 AS 事件，涉及 673 个基因。并且，在衰老过程中，有 153 个（22.7%）显示差异 GE 的基因也表现出 AS 修饰，这表明 TFCs 和 CpCs 的衰老需要转录变化与特定的差异剪接事件相协调，这些剪接事件包括外显子使用、内含子保留以及可变剪接位点的选择。
- EC 衰老的 GE 和 AS 变化：为了确定 TFCs-CpCs 衰老的分子事件是否适用于所有卵巢微环境细胞，研究人员分析了不同年龄 ECs 的转录组。结果显示，ECs 衰老时，基因表达变化的基因数量明显少于 TFCs-CpCs，且 GE 和 AS 似乎影响不同的基因库。例如，在 ECs 中，只有 5（0.8%）个 AS 变化的基因同时显示 GE 差异。此外，年轻 EC 样本中内含子保留事件更为显著，与 TFCs-CpCs 的情况相反，这强烈表明存在细胞类型特异性的衰老程序。
- Smu1 在衰老过程中的调控作用：Smu1 是果蝇剪接机制的核心成分，在衰老过程中其表达和剪接受调控。研究发现，TFCs-CpCs 在衰老过程中，Smu1 基因的第二个内含子显著保留，而 ECs 在 4 周内未显示 Smu1 基因的显著 AS 变化。同时，TFCs-CpCs 和 ECs 在衰老过程中 Smu1 基因的表达模式也不同。进一步研究表明，Smu1 在微环境细胞中对控制细胞增殖、形态和维持稳定的 GSC 群体至关重要。降低 Smu1 水平会导致 GSC 数量减少，细胞体积增大；而过表达 Smu1 则会模拟微环境衰老的某些方面。
- Fasciclin 2 对微环境功能的重要性：Fasciclin 2（Fas2）是人类神经细胞黏附分子（NCAM）的果蝇同源物，在衰老过程中，其在 TFCs-CpCs 中的表达和剪接发生变化。Fas2 定位于 CpCs、ECs 和卵泡细胞及其前体的膜上，且在 1 周龄和 4 周龄的 CpCs 中呈现出不同的极性分布。功能实验表明，降低 Fas2 水平会导致 GSC 数量减少，而过表达 Fas2 则会增加 GSC 数量，这直接表明 Fas2 在维持 GSC 池方面具有重要作用。
在讨论部分，研究人员指出，他们发现卵巢生殖系微环境的体细胞支持细胞在衰老过程中存在多种转录组变化，包括 GE 和 AS 模式的改变，且这些变化主要表现出细胞类型特异性。虽然存在一些共同的变化事件，但大多数与细胞骨架重塑、细胞形状和肌肉组织有关。此外，研究还发现神经信号传导 / 发育相关的基因在卵巢微环境细胞中也有重要作用，这表明卵巢微环境细胞与神经细胞可能存在一些相似性。
总体而言，这项研究揭示了衰老对果蝇卵巢干细胞微环境支持细胞的 GE 和 AS 均有影响，且二者存在协同调控关系。这不仅为理解干细胞微环境衰老的分子机制提供了重要线索，也为进一步研究其他成年干细胞微环境的衰老过程提供了参考，有助于深入探索衰老相关疾病的发病机制和潜在治疗靶点。
