生物鐘作為機體的的生物計時系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將哺乳動物的生理和行為周期與外界的晝夜節(jié)律同步，從而維持機體穩(wěn)態(tài)。干細(xì)胞老化是機體衰老和退行性疾病的重要標(biāo)志。

近年來的研究表明，生物鐘與衰老過程密切相關(guān)。但是，衰老是如何影響生物鐘？核心節(jié)律蛋白又是如何調(diào)節(jié)衰老過程？這些問題仍尚不明確。

2020年7月31日，中國科學(xué)院動物研究所和中國科學(xué)院北京基因組研究所的團隊在 《Cell Research 》在線發(fā)表題為 Stabilization of heterochromatin by CLOCK promotes stem cell rejuvenation and cartilage regeneration 的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)，核心節(jié)律蛋白 CLOCK 可延緩干細(xì)胞衰老并促進關(guān)節(jié)軟骨再生。

 

DOI: 10.1038 / s41422-020-0385-7

CLOCK是哺乳動物生物鐘的核心組成成分，可調(diào)節(jié)生物鐘相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。CLOCK單核苷酸多態(tài)性與肥胖、糖尿病、阿爾茨海默病等有關(guān)。既往研究表明，CLOCK敲除小鼠壽命縮短，并伴有白內(nèi)障、皮炎等衰老相關(guān)疾病的發(fā)生。然而，CLOCK調(diào)節(jié)衰老的具體分子機制和靶點尚不明確。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在老化的人類間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSC）中，CLOCK的表達降低，提示CLOCK可能參與調(diào)節(jié)hMSC衰老過程。此外， CLOCK缺陷的hMSC中晝夜節(jié)律激活受損，并出現(xiàn)加速衰老的表型；將CLOCK重新回輸?shù)紺LOCK缺陷的 hMSC中，可以恢復(fù)其晝夜節(jié)律異常，逆轉(zhuǎn)hMSC衰老。

 

CLOCK缺陷的hMSCs呈現(xiàn)出加速衰老的表型

隨后，研究人員利用HEK293T細(xì)胞研究CLOCK缺失加速hMSC衰老的分子機制。有趣的是，在CLOCK蛋白復(fù)合物中發(fā)現(xiàn)了異染色質(zhì)相關(guān)蛋白KAP1。免疫共沉淀實驗證實了HEK293T細(xì)胞和hMSCs中CLOCK與異染色質(zhì)相關(guān)蛋白之間存在相互作用。近一步的研究表明，CLOCK是hMSC的異染色質(zhì)穩(wěn)定劑，通過與核膜和異染色質(zhì)相互作用來調(diào)節(jié)hMSC的衰老。

 

CLOCK與核纖層蛋白和異染色質(zhì)相關(guān)蛋白KAP1形成復(fù)合物

最后，研究人員發(fā)現(xiàn)，在老齡化小鼠關(guān)節(jié)中CLOCK表達降低。將編碼CLOCK的慢病毒注射到小鼠的膝關(guān)節(jié)腔中，可降低膝關(guān)節(jié)中衰老細(xì)胞的比例，緩解與衰老相關(guān)的關(guān)節(jié)炎癥并刺激軟骨發(fā)育，最終改善運動能力。

 

CLOCK基因療法可緩解與衰老相關(guān)的骨關(guān)節(jié)炎

該研究揭示了核心節(jié)律蛋白 CLOCK 調(diào)控人干細(xì)胞衰老的新功能與新機制。使用CLOCK慢病毒載體進行基因治療可賦予衰老的干細(xì)胞“年輕”的活力，并促進軟骨再生，最終減輕關(guān)節(jié)的老化。這一研究為緩解甚至逆轉(zhuǎn)人類衰老、防治衰老相關(guān)退行性疾病提供了新的思路和潛在的干預(yù)靶點。

據(jù)悉，中國科學(xué)院動物研究所博士研究生梁楚倩和劉尊鵬、以及宋默識研究員為文章并列第一作者。中國科學(xué)院動物研究所劉光慧研究員和曲靜研究員、以及中國科學(xué)院北京基因組研究所張維綺研究員為文章的共同通訊作者。

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來源：生物探索

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