活细胞超分辨成像揭示干细胞衰老过程中线粒体-内质网接触位点与线粒体裂变的时空解偶联现象
image: Super-resolution live-cell imaging reveals impaired coordination between MERCs and mitochondrial fission in senescent hMSCs. VAPB downregulation disrupts MERC homeostasis, impairs mitochondrial fission, and promotes hMSC senescence.
Credit: HIGHER EDUCATION PRESS
细胞衰老是组织老化和功能衰退的重要驱动因素。线粒体功能障碍是细胞衰老的经典特征，但细胞器间通讯如何调控干细胞衰老过程中线粒体动态变化仍不清楚。特别是，衰老相关线粒体–内质网接触（mitochondria–ER contacts, MERCs）的改变是否参与线粒体稳态失衡及衰老相关表型的形成，仍有待阐明。
本研究利用掠入射结构光照明显微成像（grazing incidence structured illumination microscopy, GI-SIM），在复制性衰老与Hutchinson–Gilford早老症两种人间充质干细胞（human mesenchymal stem cell, hMSC）衰老模型中，动态解析了线粒体–内质网接触与线粒体分裂之间的时空关系。结果显示，衰老hMSCs呈现线粒体分裂频率下调、线粒体形态延长以及内质网结构与动力学异常等表型。进一步结合活细胞超分辨成像技术发现，衰老hMSCs中MERC的覆盖度降低，且MERC与线粒体分裂位点之间的时空偶联关系受到损害。
机制研究表明，内质网锚定蛋白VAPB的下调是驱动衰老hMSCs中MERC功能受损的关键分子事件。为验证这一机制，在年轻hMSCs中通过CRISPR-Cas9介导的VAPB敲除，可诱导出现多种衰老相关细胞器异常表型，包括MERC覆盖度降低、MERC与线粒体分裂的时空偶联解离、线粒体分裂功能受损及形态延长，同时伴随内质网结构与动态的紊乱，并最终诱导细胞衰老表型的发生。反之，在衰老hMSCs中通过CRISPRa技术上调内源性VAPB表达，则能够显著逆转上述异常表型：MERC覆盖度得到部分恢复，MERC相关的线粒体分裂事件频率显著提高，线粒体分裂动力学趋于正常，同时细胞衰老表型亦获得一定程度的缓解。
综上所述，本研究揭示了VAPB依赖的线粒体–内质网接触是维持线粒体动态稳态及调控干细胞衰老的重要机制。这一发现凸显了细胞器间通讯在衰老调控中的关键作用，并提示维持MERC与线粒体分裂的时空耦合，可能是延缓干细胞衰老的重要干预策略。