追踪iPSCs来源神经元与直接转分化神经元中线粒体衰老标记的异同

为解决神经元衰老模型中线粒体功能保留的争议，瑞士巴塞尔大学Anne Eckert团队比较了诱导多能干细胞来源神经元(iPSCsNs)与直接转分化神经元(iNs)的衰老特征。研究发现两种模型均保留ATP下降、线粒体膜电位(MMP)降低等衰老表型，但iPSCsNs未出现iNs特有的糖酵解转换，且转录组差异显著。该研究为神经退行性疾病研究提供了更精准的体外模型选择依据。

　　

神经元衰老研究的模型困境与突破
随着全球老龄化加剧，理解神经元衰老机制成为对抗阿尔茨海默病等神经退行性疾病的关键。然而，人类神经元难以获取的特性使得研究举步维艰。近年来，诱导多能干细胞(iPSCs)和直接转分化技术(iNs)为科学家提供了新的工具，但一个核心争议始终悬而未决：经过多能性阶段重编程的iPSCsNs是否会丢失源细胞的衰老特征？而绕过重编程过程的iNs是否更能忠实保留衰老标记？这个问题的答案将直接影响疾病模型的选择与药物研发的准确性。

瑞士巴塞尔大学精神病学系的Nimmy Varghese和Anne Eckert团队在《Communications Biology》发表的研究给出了重要答案。他们首次系统比较了来自相同供体的人类成纤维细胞(HFs)经两种技术路径获得的神经元模型，聚焦线粒体这一"细胞能量工厂"的衰老特征。

关键技术路线
研究采用4组年轻(24-36岁)和4组老年(60-78岁)健康供体的HFs，分别构建iPSCsNs和iNs模型。通过Seahorse能量代谢分析仪检测氧消耗率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)，结合ATP生物发光法、线粒体膜电位(TMRM)检测、活性氧(MitoSOX)定量等技术评估能量代谢；采用TOMM20染色分析线粒体网络形态，qPCR检测端粒长度和衰老相关基因表达。

衰老的分子指纹
在"Assessing the mitochondrial impairment in HFs"部分，研究首先确认老年供体HFs存在典型衰老特征：ATP水平下降41%，线粒体膜电位降低32%，最大呼吸能力减弱45%，同时糖酵解活性增强58%。这些数据为后续神经元比较建立了基准线。

直接转分化模型的保真度
"Investigation of mitochondrial impairments in aged iNs"揭示，iNs完美继承了供体细胞的衰老特征。老年iNs不仅表现出ATP下降(38%)和MMP降低(29%)，还出现独特的代谢重编程——糖酵解活性提升2.1倍，乳酸脱氢酶A(LDHA)表达显著上调。线粒体呈现碎片化形态(Form Factor下降45%)，且分裂/融合基因(FIS1、MFN2等)表达紊乱，印证了iNs在保留衰老特征方面的优势。

重编程模型的意外发现
"A decrease in mitochondrial function was seen in aged iPSCsNs"部分带来惊喜：尽管经过多能性重置，老年iPSCsNs仍保留核心衰老标记，包括ATP减少(33%)、ROS升高(2.4倍)和NAD⁺/NADH比值下降68%。但不同于iNs的是，其糖酵解通路未激活，PFKFB3基因表达无变化，提示重编程过程可能选择性" rejuvenation"部分代谢特征。

分子机制的深度解析
"Transcriptomic alteration in the neuronal models of aging"通过PCA分析揭示两种模型的转录组差异：老年iNs中FOXO1下调72%、UCP2上调3.1倍，而iPSCsNs中NRF2上调2.3倍。这种差异可能解释糖酵解转换的缺失，因为FOXO1正是调控PGC-1α(线粒体生物发生关键因子)的上游开关。

端粒的年轻化现象
"Telomere alteration"发现iPSCs重编程能延长端粒(老年组从0.66 T/S升至2.32 T/S)，但神经元分化后端粒酶活性消失。这暗示端粒重置可能独立于功能衰老特征的保留，为细胞衰老理论提供新视角。

研究启示与展望
该研究首次证实：iPSCsNs能保留线粒体衰老的核心特征(如ATP下降、氧化应激)，但会丢失代谢转换等特定表型；而iNs则更全面模拟体内衰老状态。这一发现为模型选择提供明确指导——研究基础衰老机制可选iPSCsNs(易获取、可扩展)，而探究代谢紊乱相关疾病宜用iNs。

值得注意的是，研究也揭示了供体个体差异的影响——年轻供体间iNs的呼吸能力差异达3.2倍，而老年组更趋一致，这提示衰老可能掩盖个体特异性。团队建立的"衰老特征图谱"（比较ATP、MMP等12项参数）将成为领域重要参考。

未来研究可进一步探索：①表观遗传在衰老特征保留中的作用；② 这些模型对神经退行性疾病相关蛋白(如β淀粉样蛋白)的响应差异；③ 利用iPSCsNs大规模筛选抗衰老化合物的可行性。这项研究不仅解决了方法学争议，更为个性化医疗时代的精准神经科学研究奠定了基石。