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补体系统在骨髓干细胞线粒体水平调控造血作用的新发现在人体这个神奇的 “小宇宙” 里，免疫系统一直是守护健康的 “忠诚卫士”。其中，补体系统以往被熟知的作用是在免疫监视和宿主防御方面 “大展身手”，就像免疫系统的 “先锋部队”，时刻警惕着外来病原体的入侵。但近年来，科学家们发现，补体系统在细胞内部也有着不可忽视的作用。一种被称为补体系统（complosome）的细胞内补体激活网络被发现，它能调节多种细胞的生物学行为，这一发现为理解补体生物学打开了新的大门。 此前研究已表明，补体系统在造血干细胞 / 祖细胞（HSPCs）和骨髓基质细胞中表达，对调节它们的运输、增殖等过程至关重要。然而，补体系统缺陷小鼠在造血方面存在诸多问题，比如 C3 基因敲除（C3-KO）小鼠和 C5 基因敲除（C5-KO）小鼠对氧化应激的反应不同，这背后的代谢机制却并不清楚。为了深入探究这些问题，来自华沙医科大学临床前研究与技术中心、路易维尔大学干细胞研究所的 Adrian Konopko、Agnieszka ?ukomska、Janina Ratajczak、Magdalena Kucia、Mariusz Z. Ratajczak 等研究人员开展了相关研究，研究成果发表在《Stem Cell Reviews and Reports》杂志上。 研究人员主要运用了基因敲除小鼠模型、细胞分离技术、多种代谢指标检测技术（如乳酸生成测量、乳酸脱氢酶（LDH）释放测量、葡萄糖摄取测量、ATP 生成测量）以及线粒体生理检测技术（使用 MitoTracker Green 和 MitoTracker Deep Red 染料）等方法。实验选用 6 - 8 周龄的雌性 C57BL/6 J 野生型（WT）、C3-KO、C5-KO 和 C5aR1 基因敲除（C5aR1-KO）小鼠，从这些小鼠的骨髓中分离出谱系阴性（Lin?）细胞进行后续实验。 在研究中，研究人员发现，与野生型小鼠相比，C3-KO、C5-KO 和 C5aR1-KO 小鼠的骨髓干细胞表现出更高的糖酵解活性。在稳态条件下，这些基因敲除小鼠的 Lin?骨髓干细胞的基础乳酸生成和 LDH 释放增加，表明糖酵解水平升高。当引入轻度氧化应激（用 H?O?处理）后，C3-KO 细胞的乳酸生成显著下降，说明其对糖酵解产生 ATP 的方式存在依赖；而 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞的乳酸生成则没有明显变化，显示出 C5-KO 小鼠对氧化应激更强的适应能力。 在葡萄糖摄取方面，C3-KO 小鼠与 C5-KO 和 C5aR1-KO 小鼠表现出相反的效果。稳态条件下，只有 C3-KO 的 Lin?骨髓干细胞葡萄糖摄取增加，而 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞的葡萄糖摄取减少。这可能与这些细胞中葡萄糖转运蛋白（GLUTs）受损有关。当用 H?O?处理后，C3-KO 细胞的葡萄糖摄取几乎降低了两倍，而 WT、C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞则有轻微但不显著的增加。此外，研究还发现，ATP、C3a 和 C5a 刺激对不同小鼠细胞的葡萄糖摄取影响不同，其中 C5a 的刺激作用与 C5aR1 密切相关。 ATP 生成的测量结果显示，稳态条件下，C3-KO 细胞的 ATP 水平较低，表明其线粒体功能存在障碍；而 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞的 ATP 水平与 WT 细胞相似，C5aR1-KO 细胞甚至略有增加。用 H?O?处理后，C3-KO 细胞的 ATP 生成保持稳定，进一步证实其主要依赖无氧糖酵解而非线粒体 ATP 生成。用糖酵解抑制剂 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2-DG）处理后，所有细胞类型的 ATP 生成均下降。C5a 刺激能增加 WT、C3-KO 和 C5-KO 细胞的 ATP 生成，而 C5aR1-KO 细胞对 C5a 刺激无反应。 通过使用 MitoTracker Green 和 MitoTracker Deep Red 两种线粒体染料评估线粒体生理功能，研究人员发现，在稳态条件下，突变小鼠的线粒体荧光强度低于 WT 小鼠，表明缺乏补体成分 C3、C5 或 C5aR1 受体的细胞存在线粒体功能障碍。H?O?处理后，MitoTracker Green 荧光强度在所有研究组中均下降，说明 H?O?对细胞内线粒体产生了相似的影响；而 MitoTracker Deep Red 显示，C5-KO 和 C5aR1-KO 小鼠的干细胞能维持线粒体膜电位，WT 和 C3-KO 细胞则出现荧光显著降低，表明线粒体膜不稳定。用 ATP、C3a 和 C5a 刺激 Lin?干细胞后，不同小鼠细胞的线粒体生理变化各异，其中 C3-KO 细胞的膜电位受到的破坏最为明显。 综合研究结果和讨论，该研究表明，从 C3-、C5 - 或 C5aR1 缺陷小鼠中分离出的富含造血干细胞 / 祖细胞的 Lin?骨髓单核细胞存在功能性线粒体缺陷，且 C3-KO 细胞比 C5-KO 和 C5aR1-KO 细胞更依赖无氧糖酵解。这一研究成果揭示了补体系统在调节骨髓驻留干细胞 / 祖细胞线粒体功能方面的重要作用，为理解补体系统在造血过程中的作用机制提供了新的视角，也为相关血液疾病的研究和治疗提供了潜在的理论基础。同时，研究还指出，补体系统影响细胞代谢的具体机制仍需进一步研究，未来对更纯化的 HSPCs 和骨髓纯化的间充质干细胞（MSCs）的研究将有助于深入了解补体系统在造血微环境中的作用。 |
