低氧环境通过HIF2α上调促进间充质基质细胞中Muse细胞比例及多能性基因表达的研究

本研究针对临床级Muse细胞（SSEA-3阳性多能样干细胞）在间充质基质细胞（MSCs）中比例低下的问题，创新性地发现1% O2低氧培养可通过HIF2α依赖性机制使Muse细胞比例提升近2倍，同时上调let-7介导的多能性基因（POU5F1/SOX2/NANOG/KLF4）表达，并诱导代谢重编程为糖酵解优势模式。该研究为无基因修饰的Muse细胞规模化培养提供了经济高效的解决方案，对再生医学临床应用具有重要价值。

　　

在再生医学领域，寻找安全有效的干细胞来源始终是重大挑战。多能应激耐受（Muse）细胞作为天然存在于人体组织的SSEA-3阳性干细胞，具有独特的自我更新和多向分化能力，且无致瘤风险。然而这些珍贵细胞在间充质基质细胞（MSCs）中仅占几个百分点，大规模获取面临巨大成本瓶颈。更关键的是，常规培养条件难以同时维持细胞多能性和扩增效率——这个"鱼与熊掌"的难题一直困扰着研究人员。

《Scientific Reports》最新发表的研究给出了突破性解决方案。日本东北大学Mari Dezawa团队发现，模拟骨髓微环境的1% O₂低氧条件，不仅能显著提升Muse细胞产量，还可同步增强其干细胞特性。这种"一箭双雕"的效果源于精妙的分子调控：低氧诱导因子HIF2α（而非HIF1α）作为核心开关，一方面通过MEK/ERK通路促进Muse细胞增殖，另一方面激活let-7微RNA来维持POU5F1/OCT4、SOX2等多能性基因表达网络。更令人惊喜的是，低氧培养还触发了代谢重编程，使细胞从氧化磷酸化（OXPHOS）模式转变为糖酵解优势状态——这正是胚胎发育和干细胞维持的经典代谢特征。

研究团队运用了三大关键技术：通过流式细胞术（FACS）分选SSEA-3阳性Muse细胞；采用siRNA基因沉默技术靶向调控HIF1α/HIF2α；利用Seahorse能量代谢分析系统检测氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）。所有实验均采用商业化人骨髓MSCs（Lonza公司）以确保可重复性。

【1% O₂低氧增加BM-MSCs中Muse细胞比例】

通过SSEA-3标记的流式分析显示，低氧培养仅需2个群体倍增水平（PDL）即可使Muse细胞比例从3.9%提升至7.9%。Annexin V/PI双染实验证实该过程不依赖凋亡调控，且与骨髓天然低氧环境（1.3% O₂）高度吻合。

【Muse细胞中HIF的动态变化】

qPCR揭示HIF1α表达量是HIF3α的185倍，HIF2α是HIF3α的21倍。Western blot显示低氧条件下HIF1α蛋白在4小时达峰后下降，而HIF2α持续稳定表达48小时。siRNA实验证实HIF1α敲除会加速HIF2α表达，反之则不然，揭示二者存在层级调控关系。

【HIF2α调控Muse细胞比例】

在HIF2α沉默的MSCs中，低氧诱导的Muse细胞扩增效应完全消失（从7.9%降至0.93%），而HIF1α沉默反而使比例提升至5.43%，证实HIF2α是决定Muse细胞池大小的核心靶点。

【低氧上调多能性基因表达】

仅在Muse细胞中观察到POU5F1、SOX2、NANOG和KLF4的显著上调（p<0.05），非Muse细胞无此响应。氯化钴（CoCl₂）模拟低氧实验证实该效应与let-7a/7e/7i微RNA上调相关，这与既往发现的let-7通过抑制PI3K-AKT通路维持KLF4-NANOG轴的理论相符。

【代谢重编程机制】

Seahorse分析显示低氧使氧消耗率（OCR）降低40%，细胞外酸化率（ECAR）提升2.3倍。关键糖酵解酶LDHA和PDK1表达上调，而三羧酸循环相关基因CS2、OGDH下调。HIF1α沉默可逆转这种代谢转换，说明其主导代谢重编程过程。

这项研究建立了低氧培养作为Muse细胞规模化制备的黄金标准，其科学价值体现在三个维度：首先揭示了HIF亚型在干细胞池调控中的分工机制——HIF2α决定细胞比例，HIF1α主导代谢转换；其次阐明了let-7微RNA作为连接低氧环境与多能性网络的关键媒介；最重要的是提供了无需基因操作的临床级细胞制备方案。研究者特别指出，这种模拟骨髓天然微环境的培养策略，可能也适用于其他组织干细胞的扩增，为再生医学产品开发开辟了新路径。随着针对心肌梗死、脊髓损伤等疾病的Muse细胞疗法进入临床II期试验（论文引用已完成的人体试验数据），该成果将显著降低细胞治疗成本，加速转化应用进程。