C1q通过BAI1调控细胞周期与代谢驱动神经干细胞静息状态的新机制

《Nature Communications》：C1q drives neural stem cell quiescence by regulating cell cycle and metabolism through BAI1

本研究发现补体C1q通过结合脑特异性血管生成抑制因子1（BAI1）受体，调控p53磷酸化和p32稳定性，诱导神经干细胞（NSC）从激活状态向静息状态转变。该机制不依赖经典补体激活途径，揭示了C1q在神经再生调控中的新功能，为理解中枢神经系统损伤与衰老过程中干细胞功能衰退提供了新视角。

　　

在中枢神经系统（CNS）中，神经干细胞（NSC）的再生能力对组织修复至关重要。然而，随着年龄增长或遭受创伤，大脑和脊髓的再生能力显著下降。近年研究发现，补体系统蛋白C1q在衰老大脑中的含量增加近400倍，在炎症和血脑屏障（BBB）破坏情况下还会进一步升高。虽然已知C1q能抑制肌肉卫星细胞的增殖，但其对NSC的影响及其机制尚不明确。

为探究这一问题，加州大学欧文分校的研究团队在《Nature Communications》上发表了最新研究成果。他们发现，当C1q达到血液中浓度（100-300 nM）时，能通过与其受体BAI1（ADGRB1）结合，启动两条平行信号通路：一方面增强BAI1与MDM2的结合，稳定p53蛋白并促进其入核，引起细胞周期停滞；另一方面通过内化C1q-BAI1复合物，与线粒体蛋白p32（C1qBP）相互作用，降低p32稳定性，诱导代谢向有氧糖酵解转变。这一发现不仅揭示了C1q调控干细胞静息的新机制，还为理解CNS疾病中再生障碍提供了新视角。

研究团队运用了多种前沿技术手段：从人胎儿脑组织分离的CD133⁺神经干细胞系；CRISPR-Cas9基因编辑构建BAI1敲除细胞系；活细胞成像追踪Fucci报告基因标记的细胞周期动态；成像流式细胞术分析蛋白质内化过程；邻近连接 assay（PLA）检测蛋白质相互作用；纳米液相色谱-质谱联用（nanoLC-MS/MS）筛选互作蛋白；荧光寿命成像显微镜（FLIM）监测NADH/NAD⁺氧化还原状态；海马能量代谢分析仪检测线粒体功能；以及脊髓损伤小鼠模型评估体内干细胞移植效果。

C1q促进hNSC静息

研究人员发现，C1q处理能显著降低人神经干细胞（hNSC）的BrdU掺入率，诱导可逆的G0/G1期阻滞，但不影响细胞存活。当C1q撤除后，细胞增殖能力恢复，但长期暴露会导致自我更新能力持续下降。RNAseq分析显示，C1q处理组静息相关基因显著富集，而分化标志物未增加，表明C1q诱导的是静息状态而非终末分化。

C1q调控p53活性促进静息

通过磷酸化蛋白芯片筛选，团队发现C1q特异性增加p53第15位丝氨酸磷酸化（p53Ser15）。免疫荧光证实磷酸化p53主要定位于细胞核，且下游细胞周期抑制基因表达上调。这一现象不依赖于补体C1s或C1复合物，提示存在独特的作用机制。

C1q驱动的p53信号转导依赖BAI1

为验证BAI1的作用，研究人员构建了BAI1敲除（KO）的hNSC系。邻近连接 assay（PLA）显示，C1q能促进BAI1与MDM2的结合，而在KO细胞中此作用消失。同时，C1q诱导的p53Ser15磷酸化和核转位也在KO细胞中被逆转，证实BAI1是C1q信号转导的关键受体。

BAI1-C1q内吞降低p32水平

通过成像流式细胞术，团队观察到C1q-BAI1复合物在5分钟内即开始内化，并定位于早期内体。质谱分析鉴定出214个与内化C1q相互作用的蛋白，主要富集于内吞途径相关细胞器。特别值得注意的是，C1q与线粒体蛋白p32发生相互作用，并降低其总蛋白水平，这一过程依赖BAI1介导的内吞作用。

C1q通过BAI1驱动有氧糖酵解

进一步研究发现，C1q处理导致hNSC线粒体分裂增加，耗氧率（OCR）下降，细胞外酸化率（ECAR）升高，表明代谢向有氧糖酵解转变。BAI1 KO能逆转这一现象，同时FLIM检测到NADH/NAD⁺氧化还原比的变化，证实C1q通过BAI1-p32轴调控细胞代谢。

BAI1 KO挽救C1q诱导的增殖下降

在功能验证中，BAI1抗体阻断或基因敲除均能逆转C1q对hNSC增殖的抑制作用。更重要的是，在急性脊髓损伤（SCI）模型中，移植BAI1 KO的hNSC比野生型细胞表现出更好的存活和增殖能力，证实BAI1在病理环境中的生物学意义。

这项研究首次揭示了C1q-BAI1信号轴在调控神经干细胞静息中的核心作用，阐明了其通过p53和p32双重途径调控细胞周期和代谢的分子机制。与传统认知不同，该作用不依赖补体经典激活途径，而是通过GPCR受体BAI1直接信号转导。这一发现不仅深化了对干细胞静息调控网络的理解，还为开发针对CNS损伤和退行性疾病的再生治疗策略提供了新靶点。特别是在脊髓损伤等血脑屏障破坏的病理条件下，调控C1q-BAI1信号可能成为促进内源性神经再生的有效手段。