天冬氨酸，拨动制血干细胞“复苏”的开关
撰文 | 咸姐
大多数细胞的生长和增殖都依靠于细胞自主合成的天冬氨酸。天冬氨酸的合成和斲丧是由两种可逆反响操纵的——其合成是在线粒体中由谷氨酸和草酰乙酸通过谷氨酸-草酰乙酸转氨酶2（GOT2）实现的，而其进入细胞质后则被谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1（GOT1）所斲丧。电子通报链可以通过促进三羧酸（TCA）轮回中草酰乙酸的天生促进天冬氨酸的合成，研究发觉在电子通报链功效缺失的情形下，外源性天冬氨酸的参加可以挽救癌细胞的增殖，而向细胞中增补核苷或天冬酰胺也可部门消除这种限定【1-3】。
研究已证明电子通报链最紧张的功效之一是促进天冬氨酸合成，而天冬氨酸可被细胞用于合成卵白质、其他氨基酸（精氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和N-乙酰天冬氨酸）和核苷酸（嘌呤和嘧啶），别的，天冬氨酸也可促进TCA。天冬氨酸的合成不但对付癌细胞的增殖非常紧张，一些增殖正常的细胞也受到其限定，包罗T细胞和肺内皮细胞。而天冬氨酸-谷氨酸载体1（将天冬氨酸从线粒体运输到细胞质）是少突胶质细胞祖细胞增殖所必须的。别的，研究发觉干细胞（包罗造血干细胞HSC）的功效通常必要电子通报链的活性，但并非总是云云，线粒体功效彷佛在差别干细胞中有着庞大的效应。一些干细胞表达谷氨酸/天冬氨酸转运体GLAST（Slc1a3），包罗神经干细胞，使它们可以或许汲取细胞外天冬氨酸。苹果酸脱氢酶1 (苹果酸-天冬氨酸穿梭酶的一个构成部门) 的敲低低落了辐照小鼠胎儿肝HSC的重组本领。那么我们不禁要问：天冬氨酸程度是否会限定正常干细胞的功效呢？
2021年8月26日，来自美国德克萨斯大学西南医学中间的Sean J. Morrison团队在Cell Stem Cell在线颁发题为 Aspartate availability limits hematopoietic stem cell function during hematopoietic regeneration 的文章，证明造血干细胞（HSC）完全依靠于细胞自主合成的天冬氨酸，HSC的功效受到天冬氨酸可用性的限定。在再生历程中，HSC可以增添天冬氨酸的合成，从而通过增添天冬酰胺和嘌呤的合成促进HSC的功效。
本文研究职员发觉，与HSC和多能祖细胞（MPP）表达的内京彩白C受体（Epcr，也称为PRORC）相反，在HSC或其他骨髓造血祖细胞（HPC）中险些检测不到天冬氨酸转运体[Slc1a1、Slc1a2、Slc1a3（Glast）、Slc1a6和Slc1a7]的表达。是以，研究职员起首构建了GLAST过表达（GLAST-OE）的小鼠模子，在促进HSC自我更新的条件下造就野生型或GLAST-OE的HSC 7天，并增补生理程度的13C标志的天冬氨酸，以观看造血细胞对天冬氨酸的汲取。效果发觉野生型HSC/HPC险些无法汲取天冬氨酸，但是GLAST的过表达给予了它们这种本领，而且造血细胞中GLAST的过表达优先增添了HSC/MPP中的天冬氨酸程度以及骨髓中HSC的数目，同时增添了HSC在造血再生历程中的功效。与此同时，研究职员构建了造血细胞条件性敲除Got1的小鼠模子，试验效果表现固然造血干细胞、MPP、HPC、限定性祖细胞、分解细胞和集落形成祖细胞的数目没有明显差别，但是在造血再生历程中，Got1的缺乏增添了天冬氨酸程度和造血干细胞功效。别的，研究还发觉天冬氨酸的合成在HSC激活时增添，与静息HSC相比，天冬氨酸的合成在快速破裂的髓系祖细胞中增添，提示在HSC/HPC中天冬氨酸合成速率随合成代谢需求而改变。随后，研究职员又构建了条件性敲除Got2的小鼠模子，发觉与GLAST过表达和Got1缺失相反，在造血再生历程中，Got2的缺乏低落了天冬氨酸程度和造血干细胞功效。由此评释在造血再生历程中，天冬氨酸程度限定了造血干细胞的功效。
使用GLAST过表达的HSC，同位素追踪试验发觉，在静息或增殖的HSC中，天冬氨酸程度对卵白质合成没有影响，但是外源性天冬氨酸可以促进TCA轮回或用于合成核苷酸和天冬酰胺。同时，Got1的缺乏明显低落了TCA轮回中心产品中的天冬氨酸部门的富集，提示Got1的缺乏淘汰了从天冬氨酸进入TCA轮回的碳。然而研究职员发觉，天冬氨酸对TCA轮回的影响并不会增添HSC的数目或功效。同样的，试验效果表现GLAST也并没有通过增添嘧啶或N-乙酰天冬氨酸（NAA）的合成来促进HSC功效。那么天冬氨酸究竟是怎样影响HSC功效的呢？通过构建天冬酰胺合成酶缺失小鼠模子，研究职员发觉移植后，天冬酰胺合成酶的缺失明显低落了受体小鼠血液中供体骨髓细胞、B细胞和T细胞以及骨髓中干细胞/祖细胞的程度，也淘汰了二次移植时GLAST过表达细胞的重塑，由此评释天冬酰胺的合成有助于进步GLAST过表达造血干细胞的功效。在造血再生历程中，天冬酰胺的程度限定了HSC的功效，天冬酰胺的合成或摄取外源性天冬酰胺可以使之加强。与此雷同的，对移植了对比或GLAST过表达骨髓细胞的辐照小鼠赐与6-巯基嘌呤（6MP，嘌呤合成按捺剂），与对比相比，6MP明显低落了受者血液和骨髓中GLAST过表达骨髓细胞孕育发生供体细胞的频率，由此评释嘌呤的合成也参加了GLAST过表达对HSC功效的影响。并且在造血再生历程中，除了GLAST过分表达的HSC外，嘌呤合成也可促进野生型HSC的功效。
综上所述，本研究发觉，HSC激活后，天冬氨酸合成增添，而且在造血再生历程中，天冬氨酸程度限定了HSC的功效，而HSC则可在造血再生历程中增添天冬氨酸、天冬酰胺和嘌呤的合成，以餍足增添的合成代谢需求。
