: 母体电子烟吸入驱动骨髓造血干细胞和间充质干细胞的持续重编程并促进大鼠子代转录与代谢失调相关的炎性衰老和疾病风险

《Cells》：Maternal E-Cigarette Vaping Drives Persistent Reprogramming of Bone Marrow Hematopoietic and Mesenchymal Stem Cells and Promotes Transcriptional and Metabolic Dysregulation-Associated Inflammaging and Disease Risks in Rat Offspring

　　

成体造血干细胞和骨髓间充质干细胞/基质细胞对终生造血、骨骼稳态、免疫能力和组织再生至关重要。育龄妇女对电子烟的使用持续增加，引发了对潜在不良发育影响的担忧；然而，母体电子烟吸入对子代骨髓干细胞功能和造血稳态的长期后果仍不完全清楚。在此，使用孕期母体电子烟暴露（含尼古丁）的大鼠模型，结合纵向体内分析和人类细胞的互补离体研究，研究人员表明产前电子烟暴露与子代骨髓干细胞功能和谱系定向的持续改变相关。妊娠期电子烟暴露与大鼠子代CD11b/c⁺髓系富集室的扩张、CD90⁺基质细胞的增加以及成骨分化受损相关。使用原代人类细胞的互补实验表明，在原理验证共培养测定中，尼古丁暴露与T细胞增殖减少和细胞毒性活性受损相关。在机制上，转录组学分析随后进行的基因本体论和通路富集分析，确定了电子烟暴露大鼠子代骨髓中与KLF4–Notch1信号传导、线粒体生物发生、炎症和干细胞调节相关的分子程序改变。CCL11、FTO和RUNX2的变化还与从早期生活持续到成年的炎症和衰老相关分子表型相关，尽管这些发现并未建立因果CCL11–FTO–RUNX2信号轴或直接细胞衰老。总的来说，研究人员的研本研究提供了一个表型和机制框架，用于理解母体电子烟暴露如何影响子代长期的造血、骨骼和免疫健康，同时强调需要进一步研究以确定因果分子机制及其与人类母体电子烟使用的相关性。

尽管传统烟草吸烟率有所下降，但作为替代品的电子烟在育龄妇女甚至孕妇中的使用日益增多。动物研究已证实宫内尼古丁暴露会损害子代心血管和大脑发育，且尼古丁被视为潜在的诱导剂，可能降低对其他物质成瘾的阈值。然而，由于电子烟设备引入较晚，母体吸入电子烟对子代器官发育的长期生物学后果尚不清楚。尤其是这种宫内毒素暴露是否会扰乱组织干细胞的持续更新和功能，以及骨髓中造血干细胞和间充质干细胞/基质细胞的表观转录组学景观是否被重编程，仍有待解决。为此，研究人员开展了关于孕期母体电子烟暴露对子代骨髓干细胞功能影响的纵向研究，并探讨了相关的分子机制。研究发现，母体孕期电子烟暴露会导致子代骨髓干细胞功能和谱系定向发生持续性改变，表现为髓系细胞富集、基质细胞增加及成骨分化受损，并伴随炎症和衰老相关的分子表型。这项研究表明孕期电子烟暴露可能会对子代的终生健康产生不良影响。该论文发表在《Cells》上，为理解母体电子烟暴露如何影响子代长期的健康提供了重要的表型和机制框架。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，使用慢性间歇性电子烟暴露的大鼠模型，孕期SD大鼠从胚胎第4天暴露至出生，子代包括P7和成年期。其次，采集健康成人供体外周血样本，分离原代外周血单核细胞和CD3⁺ T细胞进行离体暴露实验。方法包括：多色流式细胞术进行免疫表型分析；大量RNA测序结合基因本体论和通路富集分析进行转录组学分析；蛋白质印迹法检测蛋白表达；细胞因子蛋白质学分析血浆和培养上清；微计算机断层扫描评估骨微结构；Seahorse能量代谢分析细胞代谢；以及慢病毒转导过表达特定基因等遗传学操作。

妊娠期母体电子烟吸入促进体内大鼠子代骨髓的持续性髓系生成
通过流式细胞术分析显示，电子烟暴露的母鼠在分娩六个月后骨髓中CD11b/c⁺细胞群显著增加，表明妊娠期尼古丁暴露诱导了母体骨髓长期的髓系生成。

妊娠期母体电子烟吸入诱导P7子代脾脏肥大及脾脏和骨髓细胞改变
P7子代大鼠脾脏显著肿大，流式细胞术分析显示脾脏中CD90⁺基质细胞增加，骨髓中CD90⁺基质细胞和CD45⁺造血细胞显著增加。

妊娠期母体电子烟吸入促进成年子代骨髓中CD11b/c⁺髓系生成和CD90⁺间充质基质扩张
成年子代大鼠骨髓中CD11b/c⁺髓系细胞和CD90⁺基质细胞显著增加，而CD3⁺ T细胞和CD34⁺造血干/祖细胞轻微减少。同时，FTO蛋白表达显著降低，表明母体孕期电子烟吸入改变了成年子代骨髓的造血和基质干细胞组成。

子代骨髓细胞的转录组学分析确定了将妊娠期尼古丁暴露与转录和代谢应激介导的造血改变联系起来的机制证据
通过大量RNA测序发现，子代骨髓存在持久的转录重编程，整体转录丰度降低。基因本体论富集分析识别出与衰老、免疫反应相关的差异通路。FTO、KLF4和Notch1基因表达失调，线粒体生物发生关键驱动因子NRF1和TFB2M表达显著降低，CMG解旋酶家族成员表达显著减少。

成年子代骨髓中间充质干细胞/基质细胞群的改变
体外培养发现，暴露组子代出现了形态发生改变的CD90⁺CD11b/c⁺细胞群。流式细胞术证实这群细胞显著增加，提示母体吸入电子烟可能促进了骨髓中适应不良的MSC亚群发育。

妊娠期母体电子烟吸入促进成年大鼠子代的细胞因子失调
通过血浆蛋白质组学比较发现，暴露组成年子代中促炎细胞因子CCL11、ICAM-1/CD54和催乳素显著升高。qPCR证实骨髓中CCL11基因表达增加，表明骨髓可能是系统性CCL11升高的来源。

升高的CCL11可能损害成年EV子代MSC的成骨信号
流式细胞术显示FTO⁺RUNX2⁺ MSCs显著减少。使用慢病毒在对照MSC中过表达CCL11，导致RUNX2⁺成骨细胞减少、RANK⁺细胞增加，并抑制Osterix和钙化结节形成。在EV-MSC中过表达FTO可增加RUNX2表达。微CT显示年轻成年子代骨体积分数降低。

尼古丁促进离体人类外周血样本和细胞系模型中的髓系生成和促炎细胞因子
使用健康人外周血样本发现，电子烟暴露增加了CD3^-CD谱系⁺细胞。在MV4-11细胞系中，CCL11基因表达和G2期细胞周期基因表达上调。在人外周血中过表达CCL11显著增加了CD11b⁺细胞比例。尼古丁处理显著增加了促炎细胞因子MIF和DPPIV等。

尼古丁损害人类T细胞的集落形成并降低其记忆和细胞毒性功能
从人外周血分离T细胞，尼古丁处理显著减小了T细胞集落尺寸，降低了CD62L⁺记忆T细胞和CD4⁺ T细胞比例。qPCR显示CCL11表达升高，FTO和RUNX2表达降低。过表达FTO可显著增加RUNX2表达。在与白血病细胞的共培养中，尼古丁处理的T细胞抗白血病活性降低，Seahorse分析表明细胞代谢发生改变。

暴露于电子烟的子代来源的骨髓CD11b/c⁺细胞在体外与T细胞生长受损和PD-L1表达增加相关
体外共培养显示，暴露组子代骨髓来源的T细胞集落数量和大小显著减少，CD11b/c⁺细胞数量显著增加并伴随PD-L1表达升高，提示髓系富集室可能对T细胞生长产生免疫抑制后果。

在讨论部分，研究人员总结了多项发现。母体孕期电子烟暴露导致子代骨髓中CD11b/c⁺髓系富集区室扩张、炎症细胞因子改变以及转录组学中衰老相关通路富集，这类似于造血衰老相关的炎症状态，但尚未直接证明细胞衰老。子代脾脏肿大表明可能存在骨髓微环境功能受损导致的髓外造血。KLF4和NOTCH1是干细胞命运决定的核心调节因子，观察到的KLF4增加和NOTCH1抑制提示存在KLF4–NOTCH1失衡，这可能解释了产前尼古丁暴露对HSCs、MSCs和免疫细胞发育的协同影响。FTO的抑制可能导致RNA处理和基因表达改变，与KLF4-NOTCH1的改变一起构成整合调控框架。

研究结论翻译如下：
研究人员的研本研究提供了证据表明，妊娠期母体电子烟吸入与大鼠子代骨髓中持续的造血、炎症、基质、转录和成骨改变相关。这些发现提高了这样一种可能性，即产前诱导的分子和表观遗传改变可能促成了骨髓干细胞及其微环境的持续重编程，从而可能影响子代跨生命周期的健康。需要进一步的研究来确定这些改变背后的因果机制，确定它们与人类母体电子烟使用的相关性，并识别潜在的治疗策略以预防和逆转持续性缺陷并恢复骨髓稳态。