撰文 | 格格

細胞具有低蛋白合成率的特征，且mTOR信號通路和翻譯水平的精細調控對干細胞功能至關重要【1-3】，但衰老究竟如何具體重塑干細胞在體內的翻譯圖譜，以及這些翻譯水平的變化如何影響干細胞的再生能力，目前仍缺乏深入理解。此外，傳統核糖體分析技術需要大量細胞【4】，難以應用于研究體內原位環境中的稀有細胞類型（如干細胞）的異質性翻譯調控，因此亟需一種結合高效體內組織分離策略（快速阻斷核糖體延伸）與可擴展的單細胞核糖體分析技術【5】，以實現全組織范圍內的翻譯監控。

近日，來自日蘇黎世大學再生醫學研究所的AtamanSendoel研究團隊在Molecular Cell雜志發表題為nvivo single-cell ribosome profilingreveals cell-type-specifictranslational programs during aging的研究論文，該研究旨在通過在體單細胞核糖體分析技術，揭示衰老過程中不同細胞類型（如皮膚干細胞、角質形成細胞、毛囊細胞和免疫細胞）的翻譯程序，并探究其與衰老皮膚功能衰退之間的關系。

首先，研究人員基于RNase I開發了一套適用于小鼠表皮的體內單細胞核糖體分析策略。通過尾靜脈注射高劑量放線菌酮快速抑制翻譯延伸，并結合加速的酶解和機械分離方法制備表皮單細胞懸液。與傳統方法相比，他們發現低起始量的核糖體分析實驗應優先考慮酶的總濃度而非單位RNA的酶用量。優化后的方法在單細胞水平上展現出典型的三聯體周期性、明確的起始密碼子峰值和干凈的3′UTR區域，并且能夠區分包括表皮干細胞、基底上層細胞、毛囊細胞及免疫細胞在內的多種表皮細胞類型，驗證了該方法在體內研究翻譯圖譜的敏感性和特異性。

其次，研究人員利用該方法繪制了年輕表皮中不同細胞類型的翻譯圖譜，并揭示了細胞類型特異性的翻譯效率。結果顯示，表皮干細胞整體翻譯水平較低，而分化程度較高的基底上層細胞翻譯活性更高，這與O-炔丙基-嘌呤霉素標記實驗一致。進一步分析發現，一部分Krt10陽性的表皮干細胞雖然仍保留分裂能力，但已進入分化程序，其翻譯水平顯著高于Krt10陰性的干細胞，提示翻譯速率的上調與干細胞分化啟動相關。此外，在T細胞和巨噬細胞中，與功能相關的基因（如T細胞活化基因、染色質重塑基因等）表現出較高的翻譯效率。

接著，研究人員對比了年輕和年老小鼠表皮的翻譯景觀，發現衰老過程中存在細胞類型特異性的翻譯重編程。最顯著的變化是，年老表皮干細胞中AP-1轉錄因子亞基（如Jun、Junb、Jund、Fos、Fosb、Atf3等）的翻譯水平顯著上調，而其轉錄水平并無明顯變化，表明這是一種翻譯水平的調控。相反，在年輕表皮干細胞中，這些AP-1亞基是翻譯抑制最顯著的基因之一，提示衰老過程中發生了去抑制。此外，Krt6a和Krt16在年老表皮干細胞中轉錄水平升高但翻譯效率下降，而在基底上層細胞中則得以有效翻譯，體現了沿分化軸的基因表達調控的復雜性。

最后，研究人員進一步驗證了AP-1翻譯上調的生物學意義及其潛在機制。通過蛋白免疫印跡和免疫熒光染色，他們證實年老表皮干細胞中JUN蛋白水平顯著升高，且主要定位于細胞核。值得注意的是，Atf4這一受上游開放閱讀框調控的經典基因也在年老表皮干細胞中發生了翻譯上調，提示上游開放閱讀框可能參與了AP-1亞基的翻譯調控機制。進一步的熒光素酶報告實驗表明，Jun的5′UTR依賴于mTOR信號通路而非整合應激反應來調控其翻譯效率。此外，衰老還導致E-鈣黏蛋白和鈣網蛋白等關鍵分子的翻譯效率下降，進而影響表皮細胞間的信號通訊網絡。這些結果表明，衰老過程中表皮干細胞發生廣泛的翻譯重編程，可能直接參與皮膚功能的老化進程。

圖一 單細胞翻譯組技術揭示衰老中的細胞特異性翻譯程序

總之，該研究首次建立了適用于體內表皮的RNase I單細胞核糖體分析技術，揭示了衰老過程中表皮干細胞發生以AP-1亞基翻譯上調為核心的細胞類型特異性翻譯重編程，為理解衰老如何通過翻譯水平調控干細胞功能提供了新視角和技術手段。

原文鏈接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(26)00271-6

制版人： 十一

參考文獻

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