骨骼肌干细胞衰老中超级增强子甲基化重编程的多组学整合研究揭示SEMA3信号通路调控新机制

本研究针对骨骼肌干细胞(MuSCs)衰老过程中再生能力下降的难题，通过整合单细胞甲基化测序(scBS-seq)、染色质可及性测序(snATAC-seq)等多组学技术，首次绘制了超级增强子(SEs)甲基化重编程图谱。研究发现32个关键SEs的甲基化改变通过调控YBX1/FOXO1等转录因子影响PLXND1表达，进而干扰SEMA3C-PLXND1信号轴，为衰老相关肌少症提供了新的表观遗传治疗靶点。

　　

骨骼肌作为人体最大的能量代谢器官，其再生能力随着年龄增长显著下降，这直接导致了老年性肌少症的发生。尽管已知表观遗传改变在衰老过程中起关键作用，但超级增强子(Super-enhancers, SEs)这种能强力调控基因表达的DNA顺式调控元件，其在骨骼肌干细胞(MuSCs)衰老中的甲基化动态变化仍属未知领域。中山大学附属第一医院关节外科的研究团队在《Epigenetics》发表的最新研究，通过多组学交叉分析揭开了这一黑箱。

研究团队采用三大关键技术：基于ENCODE数据库的H3K27ac ChIP-seq数据通过ROSE算法鉴定SEs；整合3只年轻(2月龄)和3只老年(24月龄)小鼠的scBS-seq数据构建单细胞甲基化图谱；结合中国国家基因库(CNGB)的人类肌肉衰老单细胞图谱进行跨物种验证。此外还收集了3例年轻(平均23岁)和3例老年(平均70岁)患者的肌肉样本进行免疫荧光验证。

SEs甲基化图谱的构建

通过ROSE算法从间充质干细胞(MSCs)中鉴定出1,124个SEs，GO/KEGG分析显示这些SEs靶向基因富集于细胞分化、FOXO信号通路等衰老相关功能。

年龄相关DMRs的鉴定

比较年轻与老年组发现1,663个差异甲基化区域(DMRs)，其中32个与SEs重叠。这些区域包含YBX1、FOXO1等转录因子结合 motif，提示SEs甲基化重编程可能通过改变转录因子结合能力影响下游基因。

关键调控基因的发现

snATAC-seq与scRNA-seq整合分析显示，SE Rank 869的 hypermethylation 与PLXND1表达下降显著相关。假时序分析证实老年MuSCs中PLXND1表达持续低于年轻组，免疫荧光显示人类和小鼠老年肌肉组织中PLXND1⁺区域减少50%以上。

细胞互作网络解析

CellChat分析揭示SEMA3C-PLXND1是MuSCs与内皮细胞、周细胞等沟通的核心配体-受体对。该信号轴的功能障碍可能同时影响血管网络维持和免疫微环境，从而加速肌肉再生能力衰退。

这项研究首次系统阐明了SEs甲基化重编程通过PLXND1调控肌肉衰老的分子机制，其重要意义体现在三方面：① 建立了首个MuSCs衰老的SEs甲基化图谱；② 发现YBX1/FOXO1-SEMA3C-PLXND1这一全新的表观遗传调控轴；③ 为开发靶向SEs的表观遗传干预策略提供了理论依据。研究采用的跨物种验证策略（小鼠模型与人类样本）显著提升了结论的普适性，为抗衰老药物研发提供了潜在的新靶点PLXND1及其上游SEs调控区域。