胰岛素受体对人干细胞稳态和衰老的调控及机制研究

Insulin receptors (INSR) have been found to be associated with ontogenesis and longevity. However, the role of insulin receptor in lower and higher animals is incompatible. These results make a big challenge to the normal procedure of replacing human research by animal models. To explore the mechanisms of INSR in human cell aging, we aim to establish INSR deficient human induced pluripotent stem cell model (iPSC) and human embryonic stem cell model (hESC) by using somatic cell reprogramming technology and CRISPR/Cas9 gene editing technology. Thereafter, the iPSC and hESC will be differentiated into mesenchymal stem cells and vascular endothelial cells and some other types of end differentiation somatic cells. By combination of transcriptomic, proteomics and other analytical methods, we expect to explore the effect and molecular mechanism of INSR on human cell homeostasis and senescence in different cell systems. This study will contribute to a better understanding of the mechanism of human cell aging and also provide new targets for intervention of human cell senescence.

胰岛素受体被发现与个体发育及寿命延长相关，然而在低等动物与高等动物中的研究结果并不一致。这一差异使得采用动物模型研究推演至人的传统思路受到挑战。为了探索胰岛素受体在人类细胞衰老中的作用及机制，本课题拟利用体细胞重编程技术和CRISPR/Cas9基因编辑技术建立INSR缺失的人诱导性多能干细胞模型（iPSC）和人胚胎干细胞模型（hESC）。并进一步将INSR缺失的iPSC和hESC定向分化为间充质干细胞以及血管内皮细胞等多种终末分化体细胞类型。结合转录组学，蛋白质组学等多种分析方法，探索INSR在不同人类细胞体系中对细胞稳态和衰老的影响及其分子机制。该研究将为进一步认识和干预人类细胞衰老提供新的靶标和理论依据。

胰岛素受体（Insulin Receptor, INSR）通路是在进化中高度保守的经典信号通路，主要参与糖脂代谢、细胞的增殖、凋亡过程等的调节。近年来研究发现，INSR 通路也是一个与衰老密切相关的通路。虽然已有的研究发现在果蝇和线虫INSR能够影响其寿命，然而由于低等动物与人类之间的差异，利用动物模型进行人类相关疾病研究和推演具有很大的局限性。为了探索INSR在人类衰老中的重要作用，我们在本项目中建立INSR缺失的多种类型人干细胞研究体系，并首次揭示了INSR在调控人间充质干细胞衰老中的新功能及新机制。首先，我们首次建立了INSR蛋白缺失的人胚胎干细胞、人多能诱导干细胞、人间充质干细胞系、人内皮细胞、人血管平滑肌细胞模型，并发现INSR蛋白的缺失不影响人胚胎干细胞及人多能诱导干细胞的多能干性及分化潜能，在血管内皮细胞中亦没有明显表型。但是在血管平滑肌细胞和间充质干细胞中表现出促进增殖的特征，还可以延缓间充质干细胞的衰老。为了进一步探索INSR缺失促进细胞增殖延缓细胞衰老的机制，我们重点关注了间充质干细胞。以iPSC和ESC分化而来的间充质干细胞为模型，通过相互作用蛋白质谱、DamID-seq、ChIP-seq、ATAC-seq多组学联合分析发现，INSR作为表观调控因子参与衰老进程。此外，我们发现敲低INSR可以促进异染色质重塑，抑制重复序列表达，延缓人间充质干细胞衰老。本项目首次提出了INSR调控干细胞衰老进程的新机制，证明了通过基因编辑延缓细胞衰老的可能，为探索干细胞衰老机制，延缓干细胞衰老和人类衰老提供了参考依据。