Mesenchymal stem cells from preterm to term newborns undergo a significant switch from anaerobic glycolysis to the oxidative phosphorylation  

從早產到足月新生兒間充質干細胞經歷從無氧糖酵解到氧化磷酸化的顯著轉變  

來源：Cellular and Molecular Life Sciences, Volume 75, 2018, Pages 889-903

《細胞與分子生命科學》，第75卷，2018年，第889-903頁

 

摘要  

摘要闡述了本研究評估了從早產（<37周孕齡）和足月（≥37周孕齡）新生兒臍帶分離的間充質干細胞（MSC）的能量代謝，以成人骨髓MSC作為對照。研究發現 around 34周孕齡時，MSC發生代謝切換，從主要依賴無氧糖酵解轉變為氧化磷酸化。這種代謝變化與線粒體 reticulum 的組織有關：早產MSC線粒體 reticulum 組織較差，線粒體分裂/融合蛋白表達低。這些變化似乎由CLUH（一種胞質mRNA結合蛋白，參與線粒體生物生成和細胞內分布）的表達調控；CLUH在足月MSC中的沉默使其代謝指紋類似于早產MSC。研究揭示了從胎兒到成人生命過程中能量生產和線粒體組織功能的新信息，為早產管理提供有用見解。

 

研究目的  

研究目的是評估早產和足月新生兒臍帶MSC的能量代謝差異，探究代謝切換的機制，特別是線粒體功能和CLUH蛋白的作用，以理解發育過程中代謝變化對細胞功能的影響。

 

研究思路  

研究思路包括收集早產和足月新生兒臍帶樣本，分離MSC并進行細胞培養。使用流式細胞術鑒定MSC標志物。測量能量代謝參數，如ATP/AMP比率、氧消耗（使用丹麥Unisense電極）、ATP合成、糖酵解酶活性和氧化應激指標。進行蛋白質印跡分析線粒體相關蛋白表達，如COXII、ATP synthase β subunit、OPA1、DRP1和CLUH。通過CLUH沉默實驗驗證其功能。使用透射電鏡和共聚焦顯微鏡觀察線粒體形態。數據通過統計分析和相關性檢驗處理。

 

測量的數據及研究意義  

1 增殖率數據：來自圖1，顯示早產MSC增殖率高于足月MSC。研究意義是早產MSC具有更高增殖潛力，可能與代謝狀態相關。  

 

2 能量狀態數據：ATP和AMP濃度及ATP/AMP比率，來自圖2。研究意義是ATP/AMP比率隨孕齡增加，表明能量代謝效率提高。  

 

3 能量代謝數據：氧消耗、ATP合成和P/O比率，來自圖3。研究意義是氧化磷酸化活性隨孕齡增強，效率提高，揭示代謝切換。  

 

4 氧化應激數據：MDA水平、catalase活性和SOD2表達，來自圖4。研究意義是氧化應激隨代謝切換增加，但抗氧化防御也增強。  

 

5 線粒體形態數據：線粒體數量和 reticulum 組織，來自圖5。研究意義是線粒體結構組織改善與代謝切換相關。  

 

6 CLUH表達數據：mRNA和蛋白水平，來自圖6。研究意義是CLUH表達隨孕齡增加，調控線粒體功能。  

 

7 CLUH沉默效應數據：代謝參數變化，來自圖7。研究意義是CLUH沉默逆轉代謝切換，證實其關鍵作用。  

 

 

 

 

8 缺氧效應數據：缺氧條件下代謝變化，來自圖8。研究意義是早產MSC對缺氧更耐受，足月MSC氧依賴性強。  

 

9 內皮細胞代謝數據：類似MSC的代謝變化，來自圖9。研究意義是代謝切換可能廣泛存在于胎兒發育中。

 

 

結論  

1 早產MSC主要依賴無氧糖酵解，足月MSC切換到氧化磷酸化，代謝切換 around 34周孕齡發生。  

2 代謝切換與線粒體 reticulum 組織改善、分裂/融合蛋白表達增加相關，由CLUH蛋白調控。  

3 代謝切換伴隨氧化應激增加，但抗氧化能力也增強，CLUH沉默可模擬早產代謝狀態。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義  

使用丹麥Unisense電極（如微呼吸測量系統）測量氧消耗數據具有重要研究意義。該電極提供高精度、實時監測，能準確量化線粒體呼吸速率（來自Methods部分）。研究意義在于：首先，它允許直接測量細胞氧消耗，動態反映氧化磷酸化活性，從而可靠評估代謝狀態；其次，高靈敏度檢測有助于識別早產和足月MSC的代謝差異，如早產MSC氧消耗低，證實無氧代謝主導；最后，結合底物添加（如丙酮酸/蘋果酸或琥珀酸），電極數據能區分線粒體復合物功能，揭示代謝切換的機制。這種技術增強了實驗的可靠性，為理解發育代謝變化提供了關鍵工具。