调控线粒体功能以维持造血干细胞活性的新蛋白：Nynrin的作用
Nynrin通过抑制线粒体通透性转换孔开口保护造血干细胞功能
背景与研究动机
造血干细胞（HSCs）是维持造血系统功能的核心细胞，尤其在应对放射性损伤等压力环境中表现出独特的适应能力。然而，常规放射治疗（RT）虽然广泛用于宫颈癌和直肠癌等疾病的治疗，但其对骨髓内HSCs的辐射损伤可能引起严重的造血毒性，包括骨髓衰竭和血细胞减少等。大量研究表明，RT可显著降低HSC的稳态，影响其长期的增殖和自我更新能力。近年来，线粒体被识别为HSC稳态调控的关键，但其中具体的分子机制尚未明确。Zhou等人在此研究中聚焦于Nynrin这一转录因子，探讨其在HSC稳态与应激状态下的作用，并揭示其通过调控线粒体功能、抑制通透性转换孔（MPTP）开口，发挥HSC保护功能。
研究来源
该研究由Chengfang Zhou、Mei Kuang等人完成，参与单位包括重庆医科大学、第三军医大学（陆军军医大学）等多个机构。论文于2024年9月5日发表于《Cell Stem Cell》。
研究流程
本研究主要通过构建Nynrin基因的敲除及过表达小鼠模型，结合细胞实验、基因表达分析及相关分子机制研究，系统分析了Nynrin在造血干细胞中的作用。主要实验步骤如下：
Nynrin基因敲除与过表达模型的建立
通过Nynrin敲除模型（Nynrin-cko）和过表达模型（Nynrin-tg），研究了该基因在正常及放射性应激环境下对HSC的影响。研究同时开发了条件性敲除模型（Nynrin^fl/flTie2-Cre）以特异性敲除造血系统中的Nynrin。放射应激实验
在造血干细胞和前体细胞（HSPCs）中，通过0.5至4Gy的剂量进行放射处理，研究放射线对HSC的直接影响，分析其对线粒体膜电位（MMP）、活性氧（ROS）水平及MPTP开口等指标的改变。基因表达及蛋白质检测
利用单细胞RNA测序、RNA测序、免疫共沉淀等技术分析HSC中Nynrin表达的分布及其在MPTP调控中的作用。此外，研究还评估了其与ppif基因的关系，发现Nynrin通过抑制ppif（编码Cyclophilin D的基因）表达以维持HSC功能。竞争性骨髓移植（CBMT）与长效移植实验
为评估Nynrin对HSC再生和自我更新能力的影响，研究进行了多轮移植实验，观察Nynrin敲除与过表达对HSC增殖、存活及骨髓重建效率的影响。干扰与药理实验
通过与Cyclosporin A（CSA）和N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）的联合使用，研究了外源性抑制MPTP开口和ROS水平对Nynrin敲除小鼠HSC功能的恢复作用。
主要研究结果
Nynrin在HSC中的高表达
实验发现，在稳态和应激条件下，Nynrin在HSC中表达显著高于其他血细胞。敲除Nynrin基因后，HSC频率降低、增殖增加、自我更新能力受损，表明Nynrin在HSC稳态中的重要性。Nynrin抑制MPTP开口并控制ROS水平
敲除Nynrin基因导致线粒体通透性转换孔（MPTP）过度开启，ROS水平升高，线粒体膜电位降低，从而引发细胞坏死及类似凋亡的表型。通过抑制MPTP成分Cyclophilin D的表达，Nynrin显著降低了放射损伤的严重程度。Nynrin敲除显著增加放射敏感性
Nynrin敲除小鼠在接受7Gy剂量全身照射后存活时间显著缩短，HSC增殖速度减慢且呈现细胞凋亡特征。与之相对，Nynrin过表达能够显著提高HSC对放射的耐受力，维持细胞存活。Nynrin对HSC增殖与自我更新的影响
Nynrin缺失的HSC在体外培养中表现出增殖活性较低的特点，在多轮骨髓移植实验中显示出逐步下降的植入成功率。此外，ppif基因的半数缺失（ppif+/−）显著恢复了Nynrin敲除HSC的功能。
研究结论与价值
本研究揭示了Nynrin在HSC稳态与放射性损伤响应中的关键作用。Nynrin通过下调ppif的表达抑制了MPTP开口，避免了ROS过度积累对HSC的伤害，从而保护了细胞的存活与功能。研究还表明，Nynrin过表达可作为一种潜在的放射保护策略，以提高HSC在放射治疗中的存活能力。此外，该研究还发现Nynrin在急性髓性白血病（AML）中表达增加，表明其可能在肿瘤干细胞中发挥类似的保护作用。
研究亮点
揭示了Nynrin在HSC线粒体稳态中的核心调节作用
通过构建多种实验模型，研究表明Nynrin在HSC中通过抑制MPTP开口及控制ROS水平，对抗放射性和氧化应激，保持细胞功能。发现了Nynrin在放射治疗中的应用潜力
通过Nynrin基因过表达，显著提高了HSC对辐射的耐受性，为癌症放疗期间保护HSC提供了新思路。ppif基因半数缺失的补偿性作用
在Nynrin缺失小鼠中，通过ppif基因的半数缺失或外源药物干预，研究恢复了HSC的部分功能，这为未来开发Nynrin相关的保护性治疗措施提供了支持。
附加信息与未来展望
尽管该研究为Nynrin在HSC中的作用提供了大量证据，但依然存在一些局限性。首先，研究主要基于小鼠模型，未来需在人类样本中进一步验证其适用性；其次，Nynrin在正常HSC保护和AML细胞增殖中的双重作用表明其在治疗应用上存在潜在挑战。如何在治疗时选择性抑制其致癌功能同时保留保护作用，将成为后续研究的重点。