最新科學研究揭示了細胞核 RNA 穩態在維持細胞特性和防止衰老中的關鍵作用。清華大學沈曉驊研究團隊發現，RNA 外切酶復合體通過調控核糖體 RNA、信使 RNA 和非編碼 RNA 的平衡，對細胞核組織和細胞功能起著至關重要的影響。當 RNA 外切酶活性下降時，會導致細胞核內 RNA 聚集，進而影響細胞的轉錄和翻譯過程，最終引發細胞衰老。這一發現為理解細胞如何協調復雜的生物學過程提供了新視角，并為治療與衰老相關的疾病提供了潛在的新靶點。

細胞、RNA 穩態與衰老

細胞是生命的基本單位，其內部的復雜機制至今仍有許多未知。細胞核作為細胞的控制中心，負責存儲和解讀遺傳信息，通過轉錄過程產生 RNA，進而指導蛋白質的合成。在這個過程中，RNA 的穩定性和質量控制至關重要，因為它們直接影響到細胞的功能和狀態。

在細胞生物學中，RNA 穩態（RNA homeostasis）是指細胞內 RNA 分子的合成、加工、降解和質量控制等過程的平衡。這種平衡對于維持細胞的正常功能至關重要。細胞核作為 RNA 合成的主要場所，核內 RNA 的穩態對于細胞的生理和病理過程具有深遠的影響。

細胞命運即細胞的發育過程，包括細胞分化、增殖和死亡等。細胞衰老（senescence）是一種生物學過程，其中細胞失去分裂能力并進入一種永久性的停止狀態，這與多種衰老相關疾病和退行性疾病的發生有關。

最新研究揭示新機制

最近，一項發表在《Cell Stem Cell》雜志上的研究揭示了細胞核 RNA 穩態對細胞命運和衰老的系統性調控作用。這項研究由來自多家機構的研究學者合作完成，除了來自清華大學的沈曉驊研究團隊，還包括來自北京生命科學聯合中心、北京大學、清華大學等研究機構的多名學者。這些機構在細胞生物學、分子生物學和生物醫學研究領域均有顯著的研究貢獻和國際認可。

為了探索細胞核核 RNA 穩態與細胞過程之間的相互作用，研究人員在小鼠ESCs中建立了一個針對重要外泌體成分 EXOSC2 的可控蛋白質降解系統，以干擾 RNA 分解代謝。研究團隊發現， RNA 外切酶復合體在維持細胞核 RNA 穩態中發揮著關鍵作用，它通過降解異常的 RNA 分子，保持了細胞核內 RNA 的平衡，從而協調了細胞核組織和細胞功能。該研究結果強調了 RNA 分解代謝在維持在維持原始核 RNA 環境、進而維持核 RNA 和蛋白質之間的微妙平衡方面的關鍵重要性。這種內穩態對于協調轉錄、核糖體生物發生、翻譯和基因組組織等基本過程至關重要，從而優化細胞功能。這種協調的破壞會影響核和細胞功能，導致全身性衰退，損害多能細胞的身份，并加速衰老前的發生。

研究人員利用生長素誘導系統，觀察到 RNA 外切酶缺失會顯著影響胚胎干細胞的轉錄組和蛋白質組，導致多能性的喪失和衰老前狀態的提前出現。研究表明，核 RNA 的動態周轉在優化細胞功能中起著協調作用。核 RNA 穩態的破壞導致系統性功能下降，改變細胞狀態并促進衰老。研究還發現，RNA 外切酶的缺失會影響關鍵核蛋白的可用性，并妨礙了轉錄過程，還會影響 RNA 的加工和運輸。

研究意義與展望

研究核 RNA 穩態如何影響細胞命運和衰老，有助于我們理解衰老的分子機制，并可能為延緩衰老、治療相關疾病提供新的策略。這一領域的研究可能會涉及到表觀遺傳學、轉錄組學、蛋白質組學和系統生物學等多個生物醫學研究的前沿方向。該研究為開發新的治療策略提供了可能，尤其是對于衰老過程的延緩、治療與衰老相關的疾病等。

隨著科學技術的不斷進步，期待未來的研究在以下領域取得更多突破性進展。

1、細胞衰老機制：探索 RNA 外切酶活性下降如何導致細胞衰老的分子細節，包括衰老相關基因表達的變化和衰老細胞的表型特征、衰老細胞的清除機制，如細胞自噬和凋亡，以及 RNA 外切酶復合體在這些過程中的作用。

2、細胞重編程和基因組穩定性：研究 RNA 外切酶復合體在細胞重編程和誘導多能干細胞（iPSCs）生成中的作用，探討 RNA 外切酶復合體在維持基因組穩定性中的作用，特別是在 DNA 損傷響應和修復過程中。

3、疾病治療和臨床應用：研究 RNA 外切酶復合體在衰老相關疾病中的潛在作用，包括神經退行性疾病（如帕金森病、阿爾茲海默癥等）、心血管疾病（如高血壓、冠心病、心衰等）和癌癥，以及如何通過調節其活性來開發新的治療方法。將這些基礎研究成果轉化為臨床應用，如通過調節 RNA 外切酶活性來改善組織修復和再生，或作為抗衰老干預策略的一部分。

參考文獻：

[1] Han X, Xing L, Hong Y, Zhang X, Hao B, Lu JY, Huang M, Wang Z, Ma S, Zhan G, Li T, Hao X, Tao Y, Li G, Zhou S, Zheng Z, Shao W, Zeng Y, Ma D, Zhang W, Xie Z, Deng H, Yan J, Deng W, Shen X. Nuclear RNA homeostasis promotes systems-level coordination of cell fate and senescence. Cell Stem Cell. 2024 Apr 12:S1934-5909(24)00096-1. doi: 10.1016/j.stem.2024.03.015. Epub ahead of print. PMID: 38631356.