运动通过调控肠道干细胞衰老和屏障功能延缓小鼠肠道老化的转录组学研究

本研究针对衰老过程中肠道干细胞(ISCs)功能衰退和肠道屏障完整性受损的问题，通过单细胞RNA测序技术揭示了运动训练对老年小鼠肠道隐窝的转录调控机制。研究发现8周跑步机训练显著上调了ISCs中DNA复制和细胞周期相关通路，促进核糖体生物发生，同时恢复Wnt信号抑制并提高Paneth细胞中Reg3g的表达。该研究首次系统阐明了运动通过多途径抑制ISCs衰老的分子机制，为运动干预衰老相关肠道功能障碍提供了理论依据，相关成果发表在《npj Aging》。

　　

随着全球老龄化进程加速，组织器官功能衰退已成为重大公共卫生问题。肠道作为人体最大的免疫和代谢器官，其衰老过程尤为关键。肠道干细胞(ISCs)位于隐窝基部，通过持续增殖分化维持上皮更新，但随年龄增长会出现"干细胞耗竭"现象，导致再生能力下降和屏障功能受损。有趣的是，虽然运动被公认为延缓衰老的有效手段，但其对肠道衰老的具体调控机制始终是未解之谜。

针对这一科学问题，光州科学技术院等机构的研究团队在《npj Aging》发表了创新性研究成果。研究人员采用22月龄老年小鼠模型，通过8周系统性的跑步机训练，结合单细胞RNA测序(scRNA-seq)等技术，首次在单细胞分辨率揭示了运动改善肠道衰老的分子图谱。

研究主要采用以下关键技术方法：建立老年小鼠运动干预模型（22月龄C57BL/6J雄性小鼠，n=6/组）；进行功率和耐力测试评估运动效果；通过scRNA-seq分析肠道隐窝3867个细胞的转录组；使用PROGENy和CellChat等生物信息学工具解析信号通路；采用免疫组化验证关键蛋白表达；并整合公开的饮食诱导肥胖(DIO)小鼠单细胞数据集进行对比分析。

【Exercise enhances physical performance and reduces the expression of senescence marker genes in the intestine】
运动组小鼠表现出显著提升的运动能力（功率测试提高28%，耐力测试增加35%）。单细胞分析发现，运动显著降低了ISCs和过渡放大(TA)细胞中衰老标志基因集SenMayo的富集度，特别是Bmp2、Egf等10个促衰老基因表达下调。免疫组化证实p21蛋白表达减少，但DNA损伤标志γ-H2AX无显著变化。

【Exercise restores cell cycle progression in ISCs】
PROGENy分析显示运动组ISCs中EGFR、VEGF等促增殖通路激活，而JAK-STAT等炎症通路抑制。细胞周期调控基因Ccne1和Cdk2表达上调，G1期细胞比例下降，S期细胞增加。GSEA证实有丝分裂细胞周期通路显著富集，提示运动促进ISCs重新进入增殖周期。

【Exercise promotes ribosome biogenesis in ISCs and TA cells】
GO分析揭示核糖体生物发生相关通路在运动组ISCs和TA细胞中均被激活。关键调控因子Rsl1d1和Ebna1bp2表达升高，同时抑癌基因Trp53(p53)下调，而细胞周期正调控因子Cdk4和Ccnd1上调。这些发现首次将运动抗衰老效应与核糖体生物发生联系起来。

【Exercise reduces the expression of Wnt signaling inhibitors, impacting intestinal homeostasis】
运动组中Wnt信号抑制因子Apc、Rnf43和Znrf3表达降低，而β-catenin(Ctnnb1)呈上升趋势。细胞组成分析显示分泌型细胞（Paneth细胞、杯状细胞和肠内分泌细胞）比例增加，特别是Paneth细胞特异性抗菌肽Reg3g和Reg3b表达显著升高。

【Exercise mitigates gut barrier dysfunction seen in DIO mice in the aging model】
与DIO小鼠对比发现，运动可逆转肥胖相关的Reg3g下降现象。GSEA显示运动组肠上皮细胞紧密连接组织通路激活，occludin(Ocln)和claudin(Cldn3)表达增加，提示肠道屏障功能改善。

【Exercise reduces GDF and TNF signaling pathways, improving senescence profile】
CellChat分析发现运动组GDF和TNF信号通路的细胞间通讯减弱，受体Tgfbr2和Tnfrsf1a表达下调。这些变化可能通过减轻炎症微环境间接促进Wnt信号活化。

该研究首次系统阐明运动延缓肠道衰老的多层次机制：在分子层面通过促进核糖体生物发生和细胞周期进程逆转ISCs衰老；在通路水平通过抑制Wnt信号负调控因子维持干细胞功能；在组织层面通过增强Reg3g表达和紧密连接蛋白改善屏障功能。这些发现不仅为运动抗衰老提供了理论依据，更为开发靶向肠道干细胞衰老的干预策略指明了新方向。特别值得注意的是，运动对肠道功能的改善效果与肥胖模型呈现"镜像效应"，提示运动可能通过共同机制缓解衰老和代谢疾病相关的肠道功能障碍。未来研究可进一步探索运动诱导的分子变化如何通过肠-器官轴影响全身衰老进程。