补体体在骨髓干细胞线粒体水平调控造血作用的新发现

研究人员为探究补体体（complosome）影响，对相关基因敲除小鼠研究，发现其调节线粒体功能，意义重大。

　　在人体这个神奇的 “小宇宙” 里，免疫系统一直是守护健康的 “忠诚卫士”。其中，补体系统以往被熟知的作用是在免疫监视和宿主防御方面 “大展身手”，就像免疫系统的 “先锋部队”，时刻警惕着外来病原体的入侵。但近年来，科学家们发现，补体系统在细胞内部也有着不可忽视的作用。一种被称为补体体（complosome）的细胞内补体激活网络被发现，它能调节多种细胞的生物学行为，这一发现为理解补体生物学打开了新的大门。

此前研究已表明，补体体在造血干细胞 / 祖细胞（HSPCs）和骨髓基质细胞中表达，对调节它们的运输、增殖等过程至关重要。然而，补体体缺陷小鼠在造血方面存在诸多问题，比如 C3 基因敲除（C3-KO）小鼠和 C5 基因敲除（C5-KO）小鼠对氧化应激的反应不同，这背后的代谢机制却并不清楚。为了深入探究这些问题，来自华沙医科大学临床前研究与技术中心、路易维尔大学干细胞研究所的 Adrian Konopko、Agnieszka ?ukomska、Janina Ratajczak、Magdalena Kucia、Mariusz Z. Ratajczak 等研究人员开展了相关研究，研究成果发表在《Stem Cell Reviews and Reports》杂志上。

研究人员主要运用了基因敲除小鼠模型、细胞分离技术、多种代谢指标检测技术（如乳酸生成测量、乳酸脱氢酶（LDH）释放测量、葡萄糖摄取测量、ATP 生成测量）以及线粒体生理检测技术（使用 MitoTracker Green 和 MitoTracker Deep Red 染料）等方法。实验选用 6 - 8 周龄的雌性 C57BL/6 J 野生型（WT）、C3-KO、C5-KO 和 C5aR1 基因敲除（C5aR1-KO）小鼠，从这些小鼠的骨髓中分离出谱系阴性（Lin?）细胞进行后续实验。

在研究中，研究人员发现，与野生型小鼠相比，C3-KO、C5-KO 和 C5aR1-KO 小鼠的骨髓干细胞表现出更高的糖酵解活性。在稳态条件下，这些基因敲除小鼠的 Lin?骨髓干细胞的基础乳酸生成和 LDH 释放增加，表明糖酵解水平升高。当引入轻度氧化应激（用 H?O?处理）后，C3-KO 细胞的乳酸生成显著下降，说明其对糖酵解产生 ATP 的方式存在依赖；而 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞的乳酸生成则没有明显变化，显示出 C5-KO 小鼠对氧化应激更强的适应能力。

在葡萄糖摄取方面，C3-KO 小鼠与 C5-KO 和 C5aR1-KO 小鼠表现出相反的效果。稳态条件下，只有 C3-KO 的 Lin?骨髓干细胞葡萄糖摄取增加，而 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞的葡萄糖摄取减少。这可能与这些细胞中葡萄糖转运蛋白（GLUTs）受损有关。当用 H?O?处理后，C3-KO 细胞的葡萄糖摄取几乎降低了两倍，而 WT、C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞则有轻微但不显著的增加。此外，研究还发现，ATP、C3a 和 C5a 刺激对不同小鼠细胞的葡萄糖摄取影响不同，其中 C5a 的刺激作用与 C5aR1 密切相关。

ATP 生成的测量结果显示，稳态条件下，C3-KO 细胞的 ATP 水平较低，表明其线粒体功能存在障碍；而 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞的 ATP 水平与 WT 细胞相似，C5aR1-KO 细胞甚至略有增加。用 H?O?处理后，C3-KO 细胞的 ATP 生成保持稳定，进一步证实其主要依赖无氧糖酵解而非线粒体 ATP 生成。用糖酵解抑制剂 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2-DG）处理后，所有细胞类型的 ATP 生成均下降。C5a 刺激能增加 WT、C3-KO 和 C5-KO 细胞的 ATP 生成，而 C5aR1-KO 细胞对 C5a 刺激无反应。

通过使用 MitoTracker Green 和 MitoTracker Deep Red 两种线粒体染料评估线粒体生理功能，研究人员发现，在稳态条件下，突变小鼠的线粒体荧光强度低于 WT 小鼠，表明缺乏补体成分 C3、C5 或 C5aR1 受体的细胞存在线粒体功能障碍。H?O?处理后，MitoTracker Green 荧光强度在所有研究组中均下降，说明 H?O?对细胞内线粒体产生了相似的影响；而 MitoTracker Deep Red 显示，C5-KO 和 C5aR1-KO 小鼠的干细胞能维持线粒体膜电位，WT 和 C3-KO 细胞则出现荧光显著降低，表明线粒体膜不稳定。用 ATP、C3a 和 C5a 刺激 Lin?干细胞后，不同小鼠细胞的线粒体生理变化各异，其中 C3-KO 细胞的膜电位受到的破坏最为明显。

综合研究结果和讨论，该研究表明，从 C3-、C5 - 或 C5aR1 缺陷小鼠中分离出的富含造血干细胞 / 祖细胞的 Lin?骨髓单核细胞存在功能性线粒体缺陷，且 C3-KO 细胞比 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞更依赖无氧糖酵解。这一研究成果揭示了补体体在调节骨髓驻留干细胞 / 祖细胞线粒体功能方面的重要作用，为理解补体体在造血过程中的作用机制提供了新的视角，也为相关血液疾病的研究和治疗提供了潜在的理论基础。同时，研究还指出，补体体影响细胞代谢的具体机制仍需进一步研究，未来对更纯化的 HSPCs 和骨髓纯化的间充质干细胞（MSCs）的研究将有助于深入了解补体体在造血微环境中的作用。