在探索如何延緩衰老、守護(hù)人類記憶的前沿科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家們將目光投向了我們身體內(nèi)一類特殊的“干細(xì)胞”——顱頜面骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。這些細(xì)胞擁有一個非凡的“身世”：它們起源于胚胎發(fā)育早期的神經(jīng)嵴，這個“明星”細(xì)胞群是構(gòu)建我們神經(jīng)系統(tǒng)、顱面骨骼等多種組織的重要來源。一個引人入勝的科學(xué)問題是：成年后，這些蟄伏在骨骼里的干細(xì)胞，是否還殘存著來自遙遠(yuǎn)神經(jīng)嵴祖先的、能夠分化成神經(jīng)細(xì)胞的“記憶”或潛能？如果能找到并利用這種潛能，是否可能為對抗與年齡相關(guān)的神經(jīng)退化和認(rèn)知功能下降，比如阿爾茨海默病等，提供全新的思路？

盡管先前有研究提示成人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可能保留神經(jīng)源性可塑性，但其背后的分子機(jī)制，特別是哪些關(guān)鍵因子在衰老和分化過程中守護(hù)著這份潛能，又因何失效，一直是懸而未決的難題。解答這些問題，對于開發(fā)基于內(nèi)源性干細(xì)胞的神經(jīng)再生療法至關(guān)重要。針對這一核心問題，一項(xiàng)發(fā)表于《International Journal of Oral Science》的研究為我們帶來了突破性的發(fā)現(xiàn)。該研究團(tuán)隊(duì)通過深入探索，發(fā)現(xiàn)了一個名為“錨蛋白重復(fù)域1”（Ankyrin repeat domain 1, ANKRD1）的蛋白質(zhì)扮演了至關(guān)重要的“守門人”角色，它不僅維持著骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的神經(jīng)源性儲備，其水平的恢復(fù)更能有效逆轉(zhuǎn)老年動物的認(rèn)知缺陷，為對抗認(rèn)知衰老開辟了新的途徑。

為了揭示ANKRD1的作用，研究人員運(yùn)用了一系列關(guān)鍵技術(shù)。首先，他們對人源骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序，以解析其異質(zhì)性和識別具有神經(jīng)祖細(xì)胞特征的亞群。接著，通過基因富集分析鎖定了ANKRD1作為關(guān)鍵候選因子。在機(jī)制探索上，他們采用了切割靶向與轉(zhuǎn)座酶測序技術(shù)，在全基因組范圍內(nèi)描繪ANKRD1的染色質(zhì)結(jié)合圖譜，并識別其調(diào)控的超增強(qiáng)子。同時，結(jié)合染色質(zhì)構(gòu)象捕獲技術(shù)分析和染色質(zhì)開放性分析，探究ANKRD1對三維基因組結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)可及性的影響。在功能驗(yàn)證層面，研究使用了基因過表達(dá)和敲低、雙熒光素酶報告基因檢測、以及細(xì)胞定向分化實(shí)驗(yàn)。最終的體內(nèi)療效評估，則通過神經(jīng)元特異性啟動子驅(qū)動的腺相關(guān)病毒，向老年小鼠系統(tǒng)性遞送ANKRD1，并結(jié)合行為學(xué)測試（曠場實(shí)驗(yàn)和莫里斯水迷宮）和全腦免疫染色及組織透明化成像技術(shù)，評估其對空間記憶和神經(jīng)環(huán)路活性的影響。本研究使用的骨髓間質(zhì)干細(xì)胞來源于接受牙種植手術(shù)患者的頜骨組織。

研究結(jié)果：

通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分析，研究人員在人類骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中鑒定出一個具有高增殖活性和神經(jīng)源性特征的祖細(xì)胞亞群。該亞群高表達(dá)ANKRD1。當(dāng)用神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)基誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞時，包括ANKRD1在內(nèi)的多個神經(jīng)相關(guān)基因表達(dá)顯著上調(diào)，提示ANKRD1可能參與維持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的神經(jīng)祖細(xì)胞特性。

研究發(fā)現(xiàn)，無論是在復(fù)制性衰老的細(xì)胞模型還是來自不同年齡捐贈者的原代細(xì)胞中，ANKRD1的表達(dá)均隨著年齡增長而顯著下降。更有趣的是，衰老還導(dǎo)致ANKRD1在細(xì)胞核內(nèi)的分布發(fā)生改變，從彌漫的核質(zhì)模式重新定位到核纖層周圍富集。功能實(shí)驗(yàn)證明，敲低ANKRD1會誘導(dǎo)年輕細(xì)胞出現(xiàn)衰老相關(guān)分泌表型和衰老標(biāo)志物上調(diào)，而過表達(dá)ANKRD1則能抑制衰老表型，表明ANKRD1在維持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞年輕態(tài)中起關(guān)鍵作用。

在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨或成脂方向終末分化后，ANKRD1的表達(dá)大幅減少。相反，過表達(dá)ANKRD1能抑制成骨和成脂相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)，而敲低ANKRD1則促進(jìn)這些標(biāo)志物的表達(dá)。這表明ANKRD1通過抑制過早的譜系定型，幫助維持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞未分化的多能狀態(tài)。

為闡明機(jī)制，研究人員通過CUT&TAG技術(shù)繪制了ANKRD1的全基因組結(jié)合圖譜。他們發(fā)現(xiàn)，在未分化的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，ANKRD1大量結(jié)合在超增強(qiáng)子區(qū)域，這些區(qū)域與神經(jīng)發(fā)育通路基因（如軸突導(dǎo)向、神經(jīng)元遷移）密切相關(guān)，并且ANKRD1強(qiáng)有力地結(jié)合在關(guān)鍵神經(jīng)決定因子SOX2和NESTIN的超增強(qiáng)子上。雙熒光素酶報告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)，ANKRD1能直接激活SOX2和NESTIN的增強(qiáng)子活性。此外，ANKRD1過表達(dá)還能上調(diào)包括OCT4、KLF4、NANOG、SOX2在內(nèi)的多能性相關(guān)基因。

結(jié)合染色質(zhì)構(gòu)象捕獲和染色質(zhì)開放性分析發(fā)現(xiàn)，在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化和衰老過程中，SOX2和NESTIN基因位點(diǎn)的染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。ANKRD1在未分化細(xì)胞中能維持這些位點(diǎn)開放、可及的染色質(zhì)狀態(tài)。其中，SOX2穩(wěn)定地位于拓?fù)潢P(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)域邊界，結(jié)構(gòu)相對保守；而位于結(jié)構(gòu)域內(nèi)部的NESTIN則經(jīng)歷了顯著的結(jié)構(gòu)重塑。ANKRD1的結(jié)合與這種開放的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)是研究的亮點(diǎn)。研究人員通過尾靜脈注射，利用神經(jīng)元特異性啟動子，將表達(dá)ANKRD1的腺相關(guān)病毒遞送到18月齡的老年小鼠體內(nèi)。行為學(xué)測試顯示，過表達(dá)ANKRD1的老年小鼠在莫里斯水迷宮測試中，找到隱藏平臺的潛伏期顯著縮短，在目標(biāo)象限停留的時間更長，穿越原平臺位置的次數(shù)也更多，而其運(yùn)動能力和焦慮水平?jīng)]有變化。這表明靶向遞送ANKRD1能特異性挽救老年小鼠的空間記憶缺陷。

通過全腦免疫染色和組織透明化技術(shù)，研究人員觀察了ANKRD1對大腦神經(jīng)活動的影響。他們發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)ANKRD1后，與認(rèn)知功能相關(guān)的腦區(qū)，如海馬結(jié)構(gòu)、下丘腦、同型皮質(zhì)、嗅區(qū)等的神經(jīng)元活動顯著增強(qiáng)。功能連接性分析進(jìn)一步揭示，ANKRD1促使這些腦區(qū)之間的神經(jīng)活動同步性增強(qiáng)，從相對分離的加工狀態(tài)轉(zhuǎn)向更整合的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

結(jié)論與討論：

這項(xiàng)研究系統(tǒng)性地揭示了ANKRD1在連接發(fā)育起源與成年神經(jīng)可塑性中的核心作用。研究表明，來源于神經(jīng)嵴的顱頜面骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞確實(shí)保留著其祖先的神經(jīng)源性“記憶”，而ANKRD1是守護(hù)這份記憶的關(guān)鍵“表觀遺傳管家”。它通過直接結(jié)合并維持SOX2、NESTIN等核心神經(jīng)基因的超增強(qiáng)子活性，確保染色質(zhì)處于開放的、可被激活的狀態(tài)，從而將細(xì)胞的神經(jīng)分化潛能“鎖定”在一種預(yù)備狀態(tài)。

研究的重要意義在于多個層面。首先，在基礎(chǔ)科學(xué)層面，它將一個已知在心臟病理、皮膚愈合等領(lǐng)域有功能的蛋白ANKRD1，重新定位為神經(jīng)發(fā)育和可塑性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，揭示了基因功能在不同組織背景下的多樣性。其次，在機(jī)制上，研究建立了從譜系特異性轉(zhuǎn)錄因子（ANKRD1）到表觀遺傳調(diào)控（超增強(qiáng)子、染色質(zhì)開放性），再到三維基因組結(jié)構(gòu)，最終決定細(xì)胞命運(yùn)和功能的完整邏輯鏈條。最重要的是，在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)層面，研究提供了令人振奮的證據(jù)：通過靶向遞送ANKRD1，可以有效逆轉(zhuǎn)自然衰老動物模型中的認(rèn)知功能衰退。這不僅是概念上的突破，更指出了一個具有高度治療潛力的干預(yù)靶點(diǎn)。ANKRD1作為連接外周（頜骨骨髓干細(xì)胞）與中樞（大腦認(rèn)知功能）的橋梁分子，其發(fā)現(xiàn)為理解全身性衰老如何影響大腦健康提供了新視角，也為開發(fā)通過調(diào)節(jié)內(nèi)源性干細(xì)胞潛能來治療神經(jīng)退行性疾病和對抗認(rèn)知衰老的創(chuàng)新策略奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。