細(xì)胞衰老和干細(xì)胞耗竭作為機(jī)體衰老的重要標(biāo)志，是驅(qū)動老年疾病發(fā)生發(fā)展的重要因素。骨關(guān)節(jié)炎是一種常見的衰老相關(guān)疾病，其發(fā)病率隨年齡增長而逐漸增加。伴隨著衰老，關(guān)節(jié)內(nèi)的多種細(xì)胞，如軟骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞均發(fā)生細(xì)胞衰老及功能退化。其中，間充質(zhì)干細(xì)胞的衰老被認(rèn)為是骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的重要誘因之一。因此，研究干細(xì)胞衰老的機(jī)制并尋找應(yīng)對策略對于骨關(guān)節(jié)炎的治療具有重大意義。

2019年4月1日，中科院生物物理所劉光慧研究組同北京大學(xué)湯富酬研究組、中科院動物所曲靜研究組合作，在PLoS Biology在線發(fā)表題為“Up-regulation of FOXD1 by YAP alleviates senescence and osteoarthritis”的研究論文。該研究揭示了YAP-FOXD1通路在人干細(xì)胞去衰老（De-senescence）及骨關(guān)節(jié)炎基因治療中的作用及分子機(jī)制，為延緩人類衰老、防治衰老相關(guān)疾病提供了新的潛在靶點。

Hippo信號通路在發(fā)育和細(xì)胞命運決定中發(fā)揮著重要作用。轉(zhuǎn)錄共激活因子YAP是該通路的核心蛋白。研究人員首先利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)和定向分化技術(shù)產(chǎn)生YAP特異性敲除的人胚胎干細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞。YAP缺失的人間充質(zhì)干細(xì)胞表現(xiàn)出嚴(yán)重的加速衰老表型，提示YAP在維持人成體干細(xì)胞年輕態(tài)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)YAP的新型靶基因FOXD1介導(dǎo)YAP缺失引起的細(xì)胞衰老。YAP及其目標(biāo)轉(zhuǎn)錄因子TEAD共同作用于FOXD1基因的啟動子區(qū)域并激活FOXD1轉(zhuǎn)錄。更為重要的是，復(fù)制性衰老、生理性衰老以及病理性衰老的人間充質(zhì)干細(xì)胞均伴隨著YAP和FOXD1蛋白表達(dá)的下調(diào)；而過表達(dá)YAP或FOXD1均可有效延緩人間充質(zhì)干細(xì)胞的衰老。

小鼠體內(nèi)實驗進(jìn)一步證明YAP或FOXD1蛋白的過表達(dá)作為骨關(guān)節(jié)炎基因治療方案的可行性和有效性。以慢病毒載體為基因?qū)朊浇椋芯咳藛T將編碼YAP或FOXD1蛋白的慢病毒注射到患有骨關(guān)節(jié)炎的小鼠的關(guān)節(jié)腔內(nèi)。數(shù)周的YAP或FOXD1基因治療均可顯著降低關(guān)節(jié)軟骨中衰老細(xì)胞的比例，有效抑制關(guān)節(jié)軟骨退化及關(guān)節(jié)腔炎癥，從多個方面顯著改善骨關(guān)節(jié)炎的病理表型。

該研究結(jié)果確立了YAP-FOXD1“年輕通路”對于人干細(xì)胞去衰老及骨關(guān)節(jié)炎治療的關(guān)鍵性作用。這是繼近期劉光慧團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞“年輕因子”CBX4后，骨關(guān)節(jié)炎基因治療領(lǐng)域的又一次突破。這些研究結(jié)果均證明通過基因?qū)敫杉?xì)胞“年輕化（去衰老）”因子治療骨關(guān)節(jié)炎的可行性，為骨關(guān)節(jié)炎等衰老相關(guān)疾病的干預(yù)提供全新的解決方案，具有潛在的臨床轉(zhuǎn)化價值。

該研究工作由中科院生物物理所、中科院動物所、中科院干細(xì)胞與再生創(chuàng)新研究院、北京大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、復(fù)旦大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作完成。中科院生物物理所劉光慧研究員、北京大學(xué)湯富酬研究員以及中科院動物所曲靜研究員為本文共同通訊作者，生物物理所博士研究生付麗娜和北京大學(xué)博士后胡玉瓊為并列作者。該項目得到國家科技部、自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院戰(zhàn)略科技先導(dǎo)專項的支持。