杨觅/郑拥军揭示可变剪切调控骨髓基质细胞分化与衰老的分子机理

可变剪切（或选择性剪切）指前体mRNA的外显子以多种方式进行剪切拼接，而形成不同异构体的生物学过程，是一种重要的转录调控方式。在哺乳动物体内，有超过90%的多外显子蛋白编码基因的转录受可变剪切调控，可变剪切使有限数量的基因转录出多样化的信使RNA（mRNA），从而形成多样化的蛋白质产物。动物机体内绝大部分生理和病理过程，如机体衰老、干细胞分化、组织和器官发育、肿瘤发生等，均受可变剪切调控。

骨髓基质细胞是骨髓腔内的一种具有高度自我更新能力和多分化潜能的细胞，可在特定的条件下可以分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞等。衰老时，骨髓基质细胞功能发生异常，向成骨谱系细胞分化减弱、向脂肪谱系细胞分化增强，造成骨形成能力下降和骨髓腔脂肪堆积，最终诱发老年相关的骨丢失。但可变剪切因子是否参与调控骨髓基质细胞衰老与分化过程目前尚不清楚。

近期，中南大学湘雅医院杨觅特聘副研究员和上海海军军医大学第一附属医院烧伤外科郑拥军教授合作在EMBO JOURNAL在线发表题为Splicing factor YBX1 regulates bone marrow stromal cell fate during aging的研究论文，解析了拼接因子YBX1（Y-box binding protein 1, Y 盒结合蛋白1）通过调节成骨与衰老的标记基因：Fn1, Nrp2, Sirt2, Sp7, Spp1的可变剪切，继而影响骨髓基质细胞（BMSCs）分化与衰老的生物学过程。

通过分析年轻和老年小鼠骨髓基质细胞的全长转录组测序结果，研究者们发现老年骨髓基质细胞中前体mRNA剪切紊乱事件大量增加。进一步分析参与前体mRNA剪切的RNA结合蛋白表达谱，研究者们发现拼接因子YBX1在老年细胞中表达显著下降。YBX1作为一种多功能蛋白，在细胞周期调控，细胞凋亡，分化，衰老、免疫反应，多药抗药性，DNA 的复制和 DNA 损伤修复，前体 mRNA的拼接，外显子跳读和肿瘤发展中起重要作用。研究者们发现，条件性敲除YBX1可诱导骨髓基质细胞向成脂分化而抑制其成骨分化，从而导致小鼠骨量丢失和骨髓腔脂肪堆积；而在骨髓腔内注射YBX1过表达腺相关病毒，则可以延缓老年小鼠衰老相关的骨丢失。

为了进一步研究拼接因子YBX1调控骨髓基质细胞分化和衰老的机制，研究者们运用三代全长转录本测序、紫外交联免疫沉淀结合高通量测序、染色质免疫共沉淀技术及免疫共沉淀技术，鉴定出5个调控骨髓基质细胞分化的关键靶基因，包括Fn1、Nrp2、Sirt2、Sp7和Spp1。敲减YBX1，导致Fn1、Nrp2、Sirt2、Sp7和Spp1的前体mRNA剪切拼接过程出现外显子跳读，形成功能较弱的转录本。而过表达Fn1、Nrp2、Sirt2、Sp7和Spp1全长转录本，可有效逆转YBX1缺失诱发的骨髓基质细胞衰老及分化偏移。

上述研究结果提示激活YBX1蛋白表达可能逆转衰老骨髓基质细胞成骨分化功能障碍，可作为老年相关性骨丢失潜在的防治靶点。因此，研究者们利用计算机虚拟筛选技术进行分子对接模拟，通过分析YBX1“口袋”结构与候选药物之间的相互作用，从天然小分子化合物库中筛选出与YBX1结合的药物。结合细胞功能验证实验，最终筛选出金松双黄酮（银杏叶中的特有成分之一，具有良好的抗炎、抑制肿瘤细胞、清除自由基等作用）具有稳定YBX1表达的作用。作用机理是：金松双黄酮一方面阻断YBX1泛素化蛋白FBXO33与YBX1的相互作用，另一方面下调泛素化蛋白FBXO33的表达。金松双黄酮维持骨髓基质细胞中YBX1的蛋白水平，改善靶基因衰老相关的可变剪切紊乱，促进骨髓基质细胞成骨分化而抑制其成脂分化，继而提高老年小鼠骨量。

综上，此研究阐明并解析YBX1蛋白通过控制靶基因前体mRNA剪接拼接，精细调控骨髓基质细胞衰老及分化的机制。同时筛选并证实金松双黄酮通过稳定YBX1蛋白的水平，具有改善老年性骨丢失的作用，为老年性骨质疏松症治疗提供新的靶点及研究方向。

中南大学湘雅医院内分泌研究中心罗湘杭教授团队肖业博士与蔡广平博士后为本文第一作者、杨觅特聘副研究员为本文通讯作者，上海海军军医大学第一附属医院烧伤外科郑拥军教授为共同通讯作者。

https://doi.org/10.15252/embj.2022111762

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