Mesenchymal stem cells from preterm to term newborns undergo a significant switch from anaerobic glycolysis to the oxidative phosphorylation  

從早產(chǎn)到足月新生兒間充質(zhì)干細(xì)胞經(jīng)歷從無(wú)氧糖酵解到氧化磷酸化的顯著轉(zhuǎn)變  

來(lái)源：Cellular and Molecular Life Sciences, Volume 75, 2018, Pages 889-903

《細(xì)胞與分子生命科學(xué)》，第75卷，2018年，第889-903頁(yè)

 

摘要  

摘要闡述了本研究評(píng)估了從早產(chǎn)（<37周孕齡）和足月（≥37周孕齡）新生兒臍帶分離的間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）的能量代謝，以成人骨髓MSC作為對(duì)照。研究發(fā)現(xiàn) around 34周孕齡時(shí)，MSC發(fā)生代謝切換，從主要依賴無(wú)氧糖酵解轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸姿峄＿@種代謝變化與線粒體 reticulum 的組織有關(guān)：早產(chǎn)MSC線粒體 reticulum 組織較差，線粒體分裂/融合蛋白表達(dá)低。這些變化似乎由CLUH（一種胞質(zhì)mRNA結(jié)合蛋白，參與線粒體生物生成和細(xì)胞內(nèi)分布）的表達(dá)調(diào)控；CLUH在足月MSC中的沉默使其代謝指紋類似于早產(chǎn)MSC。研究揭示了從胎兒到成人生命過(guò)程中能量生產(chǎn)和線粒體組織功能的新信息，為早產(chǎn)管理提供有用見(jiàn)解。

 

研究目的  

研究目的是評(píng)估早產(chǎn)和足月新生兒臍帶MSC的能量代謝差異，探究代謝切換的機(jī)制，特別是線粒體功能和CLUH蛋白的作用，以理解發(fā)育過(guò)程中代謝變化對(duì)細(xì)胞功能的影響。

 

研究思路  

研究思路包括收集早產(chǎn)和足月新生兒臍帶樣本，分離MSC并進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。使用流式細(xì)胞術(shù)鑒定MSC標(biāo)志物。測(cè)量能量代謝參數(shù)，如ATP/AMP比率、氧消耗（使用丹麥Unisense電極）、ATP合成、糖酵解酶活性和氧化應(yīng)激指標(biāo)。進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡分析線粒體相關(guān)蛋白表達(dá)，如COXII、ATP synthase β subunit、OPA1、DRP1和CLUH。通過(guò)CLUH沉默實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其功能。使用透射電鏡和共聚焦顯微鏡觀察線粒體形態(tài)。數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性檢驗(yàn)處理。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義  

1 增殖率數(shù)據(jù)：來(lái)自圖1，顯示早產(chǎn)MSC增殖率高于足月MSC。研究意義是早產(chǎn)MSC具有更高增殖潛力，可能與代謝狀態(tài)相關(guān)。  

 

2 能量狀態(tài)數(shù)據(jù)：ATP和AMP濃度及ATP/AMP比率，來(lái)自圖2。研究意義是ATP/AMP比率隨孕齡增加，表明能量代謝效率提高。  

 

3 能量代謝數(shù)據(jù)：氧消耗、ATP合成和P/O比率，來(lái)自圖3。研究意義是氧化磷酸化活性隨孕齡增強(qiáng)，效率提高，揭示代謝切換。  

 

4 氧化應(yīng)激數(shù)據(jù)：MDA水平、catalase活性和SOD2表達(dá)，來(lái)自圖4。研究意義是氧化應(yīng)激隨代謝切換增加，但抗氧化防御也增強(qiáng)。  

 

5 線粒體形態(tài)數(shù)據(jù)：線粒體數(shù)量和 reticulum 組織，來(lái)自圖5。研究意義是線粒體結(jié)構(gòu)組織改善與代謝切換相關(guān)。  

 

6 CLUH表達(dá)數(shù)據(jù)：mRNA和蛋白水平，來(lái)自圖6。研究意義是CLUH表達(dá)隨孕齡增加，調(diào)控線粒體功能。  

 

7 CLUH沉默效應(yīng)數(shù)據(jù)：代謝參數(shù)變化，來(lái)自圖7。研究意義是CLUH沉默逆轉(zhuǎn)代謝切換，證實(shí)其關(guān)鍵作用。  

 

 

 

 

8 缺氧效應(yīng)數(shù)據(jù)：缺氧條件下代謝變化，來(lái)自圖8。研究意義是早產(chǎn)MSC對(duì)缺氧更耐受，足月MSC氧依賴性強(qiáng)。  

 

9 內(nèi)皮細(xì)胞代謝數(shù)據(jù)：類似MSC的代謝變化，來(lái)自圖9。研究意義是代謝切換可能廣泛存在于胎兒發(fā)育中。

 

 

結(jié)論  

1 早產(chǎn)MSC主要依賴無(wú)氧糖酵解，足月MSC切換到氧化磷酸化，代謝切換 around 34周孕齡發(fā)生。  

2 代謝切換與線粒體 reticulum 組織改善、分裂/融合蛋白表達(dá)增加相關(guān)，由CLUH蛋白調(diào)控。  

3 代謝切換伴隨氧化應(yīng)激增加，但抗氧化能力也增強(qiáng)，CLUH沉默可模擬早產(chǎn)代謝狀態(tài)。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義  

使用丹麥Unisense電極（如微呼吸測(cè)量系統(tǒng)）測(cè)量氧消耗數(shù)據(jù)具有重要研究意義。該電極提供高精度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能準(zhǔn)確量化線粒體呼吸速率（來(lái)自Methods部分）。研究意義在于：首先，它允許直接測(cè)量細(xì)胞氧消耗，動(dòng)態(tài)反映氧化磷酸化活性，從而可靠評(píng)估代謝狀態(tài)；其次，高靈敏度檢測(cè)有助于識(shí)別早產(chǎn)和足月MSC的代謝差異，如早產(chǎn)MSC氧消耗低，證實(shí)無(wú)氧代謝主導(dǎo)；最后，結(jié)合底物添加（如丙酮酸/蘋(píng)果酸或琥珀酸），電極數(shù)據(jù)能區(qū)分線粒體復(fù)合物功能，揭示代謝切換的機(jī)制。這種技術(shù)增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可靠性，為理解發(fā)育代謝變化提供了關(guān)鍵工具。