基于全基因组CRISPRi筛选揭示复制性衰老与炎症性衰老的分子特征及其在衰老相关疾病中的调控机制

本研究通过全基因组CRISPR干扰(CRISPRi)筛选技术，在人类原代脂肪间充质干细胞(MSCs)中系统鉴定了复制性衰老(RSS)和炎症诱导衰老(ISS)的特异性调控因子。研究人员发现线粒体膜蛋白SAMM50和AK2等新型衰老促进基因，并揭示炎症性衰老特征基因(SERPING1等)通过调控细胞外基质(ECM)重组和I型干扰素通路延缓衰老。结合405项GWAS数据分析，证实这些基因与神经退行性病变等衰老病理显著相关，为开发衰老干预策略提供了新靶点。该研究发表于《Genome Biology》，为理解衰老异质性和优化干细胞治疗提供了重要理论依据。

　　

衰老是机体功能逐渐衰退的复杂生物学过程，与癌症、神经退行性疾病等密切相关。其中，细胞衰老(cellular senescence)作为衰老的核心特征，在成体干细胞中表现尤为突出。然而，传统研究多聚焦于复制性衰老(replicative senescence)，对慢性炎症微环境驱动的炎症性衰老(inflammaging)机制知之甚少。更关键的是，现有衰老调控因子如TP53等具有双重角色——既调控衰老又抑制肿瘤，这极大限制了其治疗应用价值。间充质干细胞(MSCs)作为再生医学的重要工具，其衰老会直接影响细胞治疗效果，但如何特异性靶向衰老通路而不影响干细胞特性仍是重大挑战。

斯坦福大学(Stanford University)生物工程系Lei S. Qi和Xueqiu Lin团队通过创新性的平行筛选策略，在人类原代脂肪来源MSCs中同时构建了复制性衰老(CRISPRi-RSS)和炎症性衰老(CRISPRi-ISS)模型。研究发现线粒体膜蛋白SAMM50通过调控ECM完整性促进衰老，而补体抑制因子SERPING1等炎症特异性衰老基因的抑制可逆转IL-6诱导的衰老表型。这些发现为开发衰老干预策略提供了全新视角，相关成果发表于《Genome Biology》。

研究采用三项关键技术：1) 全基因组CRISPRi筛选系统(含104,535个sgRNA)在原发性MSCs中平行分析RSS和ISS模型；2) 通过β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)染色和p16/p21表达检测验证候选基因；3) 整合405项欧洲人群GWAS数据(含50项衰老研究)进行遗传富集分析。所有实验均采用3次以上生物学重复，并通过ROC曲线验证筛选可靠性(AUC>0.7)。

结果

基因组CRISPRi筛选揭示MSCs衰老新调控因子

通过比较早期和晚期传代MSCs，验证了β-Gal阳性率增加和p16/p21表达升高的典型衰老特征。CRISPRi-RSS筛选鉴定出TP53等已知衰老基因，同时发现线粒体定位蛋白SAMM50和AK2为新型促衰老因子。抑制SAMM50可降低SA-β-Gal阳性率(下降约40%)而不影响CD29等干细胞标志物表达，RNA-seq显示其通过调控ECM重组和组织修复通路发挥作用。

炎症性衰老特异性基因的发现

在10 ng/mL IL-6诱导的ISS模型中，ATP1B3等膜组织相关基因表现出更强的促衰老效应。通过K-means聚类将候选基因分为"炎症性衰老基因"(如EIF2AK2、SERPING1)和"共性衰老基因"，前者特异性富集于补体通路和干扰素-γ响应等炎症相关通路。功能验证显示，抑制SERPING1可选择性逆转IL-6诱导的衰老(SA-β-Gal阳性率降低35%)，并激活IL-27等抗炎通路。

炎症性衰老基因的跨器官病理关联

S-LDSC分析显示，炎症性衰老基因在神经退行性疾病(阿尔茨海默病，遗传力富集2.67倍)、心血管疾病等衰老病理中显著富集，但在癌症中无显著关联。这证实其病理特异性，与TP53等双重功能基因形成鲜明对比。

结论与意义

该研究首次通过平行CRISPRi筛选系统解析了衰老通路的异质性，发现线粒体-ECM轴和补体系统是干预炎症性衰老的新靶点。特别重要的是，SERPING1等靶点在不影响MSCs干性和增殖能力的前提下延缓衰老，克服了传统肿瘤抑制因子靶向治疗的局限性。遗传学分析进一步证实这些基因与人类多器官衰老病理的特异性关联，为开发精准衰老干预策略奠定基础。研究成果不仅深化了对衰老分子机制的理解，更为优化干细胞治疗产品提供了重要生物标志物和调控靶点。