「神药」二甲双胍又有新发现！Science 子刊揭示二甲双胍可通过调节免疫景观，预防衰老相关的卵巢纤维化
丁香学术
导读
衰老是一个多因素过程，其特征是线粒体功能障碍增加、氧化应激、DNA 损伤和全身慢性炎症等一系列渐变过程。衰老细胞无法增殖，但仍保持代谢活性，并分泌各种促炎趋化因子、细胞因子和白细胞介素等，这些被称为「衰老相关的分泌表型」（SASP）。
组织纤维化是由于细胞外基质（ECM）成分的过度沉积，通常由慢性炎症引起。虽然卵巢炎症是一个正常的过程，然而却对卵母细胞质量，排卵和排卵伤口修复至关重要。在整个生殖生命周期中，炎症、伤口愈合和不断重塑的反复状态被认为是促进卵巢纤维化的持续刺激物，而卵巢纤维化则更容易导致不孕和更年期提前。
二甲双胍是一种著名的治疗 2 型糖尿病的药物，可减少肠道对葡萄糖的吸收，改善外周葡萄糖摄取，增加胰岛素敏感性，最终降低血糖水平。此外，二甲双胍还以多种神奇功效，成为科研界当之无愧的「神药」之一。除了降血糖，它还能抗衰老、防癌症、保护心血管……近日，又有新研究表明二甲双胍可以预防与年龄相关的卵巢纤维化。
2022 年 9 月 2 日，来自加拿大渥太华大学等单位的研究人员在 Science Advances 发表了题为 Metformin prevents age-associated ovarian fibrosis by modulating the immune landscape in female mice 的文章，探索了二甲双胍是否可以预防或逆转卵巢衰老相关的纤维化。他们的研究结果表明，二甲双胍干预可以调节机体的免疫系统，使其产生一种独特的巨噬细胞亚群，并阻止年龄相关性卵巢纤维化的发生，可能的机制是通过促进 ECM 重构和清除产生 SASP 的成纤维细胞来维持组织稳态。
图片来源：Science Advances
主要研究内容
二甲双胍可以预防但不能逆转年龄相关的卵巢纤维化
首先，研究人员将 14 和 18 个月龄的小鼠在室内饲养 6 个月，并在饮用水中加入或不加入二甲双胍以检测其预防或逆转卵巢纤维化的效果。另外，为了评估年龄对卵巢纤维化的影响，他们还使用了 3 月龄性成熟小鼠 (相当于人类 20 岁)，12 到 17 个月的中年小鼠 (相当于人类 38~50 岁，绝经前阶段) 以及 20 至 24 个月的老年小鼠 (相当于人类 60～69 岁，绝经后阶段) 的卵巢组织作为实验材料。
图片来源：Science Advances
研究人员利用天狼星红（PSR）染色鉴定组织切片中的胶原纤维网络，他们观察到被 PSR 染色的胶原纤维贯穿于老年小鼠的卵巢间质；而用二甲双胍作为预防治疗的小鼠则没有或极少被 PSR 染色。不过，在将二甲双胍用于逆转卵巢纤维化治疗的小鼠中，PSR 染色则与年龄相当的小鼠相似，没有显著差异。
这些结果表明，卵巢中的胶原纤维及其厚度会随着年龄的增长而增加，最重要的是，在年龄相关性卵巢纤维化正常建立的时期，二甲双胍可以有效地阻止胶原束的形成，减少胶原纤维的厚度；然而，二甲双胍却不能逆转预先存在的年龄相关性卵巢纤维化。
图片来源：Science Advances
免疫缺陷加速小鼠卵巢纤维化
研究人员还探索了免疫系统对卵巢纤维化的影响。他们的实验结果表明，免疫缺陷小鼠比免疫正常小鼠更早发生卵巢纤维化，并且与幼龄小鼠相比，中年组的胶原蛋白染色明显更高。这一观察结果表明，免疫系统在调节卵巢纤维化过程中起着重要作用。
图片来源：Science Advances
衰老小鼠和二甲双胍治疗后小鼠卵巢的细胞图谱
为了研究组成卵巢衰老的细胞群的变化以及二甲双胍治疗的影响，研究人员收集并分离了六组不同处理条件的小鼠卵巢细胞。为了能够更好地呈现卵巢内的免疫状态，他们将免疫细胞与非免疫细胞以 1:1 的比例混合，然后进行单细胞转录组测序。最终通过生物信息学分析，鉴定了 20 个不同的亚群。
图片来源：Science Advances
为了确定衰老和二甲双胍如何影响成纤维细胞群体的组成，他们对其细胞比例和内在特征进行了比较。他们发现，与年轻组和二甲双胍组相比，老年小鼠 SASP 成纤维细胞的比例明显更高。此外，二甲双胍组中重构的肌成纤维细胞亚型的比例也显著增加。
通过分析其差异基因，发现幼龄小鼠的成纤维细胞中 Col1a2、Col3a1、Col4a1 等多种胶原蛋白基因表达量较高；而老年小鼠的抗原提呈相关基因的表达量较高（H2-D1 和 H2-K1）；二甲双胍组中，与成纤维细胞活化重塑相关的基因表达更高（Acta2 和 Adamts1）。
二甲双胍组的肌成纤维细胞表现出黏附增加和 ECM 重塑相关的信号通路的富集，同时 SASP 成纤维细胞凋亡增加，JAK-STAT、IFNg 和 PDGF 信号通路活性增加。
图片来源：Science Advances
二甲双胍处理的小鼠中存在新型巨噬细胞亚群
上述的实验结果表明免疫细胞在阻止卵巢纤维化的过程中发挥着重要作用，因此，研究人员试图进一步在单细胞转录组数据中研究衰老和二甲双胍治疗相关的免疫细胞群体比例变化。
正如预期的那样，衰老的确改变了卵巢的免疫格局，这与 B 细胞、T 细胞、NK 细胞、固有淋巴细胞和肥大细胞的比例增加以及巨噬细胞和树突状细胞的比例下降有关。
与老年小鼠相比，二甲双胍治疗的老年小鼠则会导致 B 细胞和 T 细胞增加，并富集了一组特殊的巨噬细胞群体。他们发现这是一组二甲双胍组特异性的巨噬细胞群，并将之称为「巨噬细胞 III」。
在进行轨迹分析时，发现单核细胞和巨噬细胞 III 亚群之间缺乏谱系关联，提示这些巨噬细胞在向卵巢募集和浸润之前在不同组织中分化，在未来还需要进一步的研究来确定二甲双胍处理小鼠的卵巢中该巨噬细胞亚群的确切来源。
图片来源：Science Advances
为了确定这个二甲双胍诱导的巨噬细胞群体的特征，他们比较了它与所有其他巨噬细胞的基因表达谱。基于差异基因和通路富集分析结果，他们发现巨噬细胞 III 簇富集了 B 细胞和 T 细胞的激活，磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）激酶活性，以及整合素和凋亡信号通路的活性。
最后，通过配体受体分析，他们进一步研究了这种独特的巨噬细胞群体的细胞通信网络。值得注意的是，在所有的免疫细胞中，巨噬细胞似乎与成纤维细胞的相互作用最多，并从中筛选出了 8 种特异于巨噬细胞 III 群及其靶受体的配体。
图片来源：Science Advances
结语
综上所述，使用二甲双胍可以预防与年龄相关的卵巢纤维化。在二甲双胍处理的老年小鼠中，存在一个独特的二甲双胍反应性巨噬细胞亚群，其可能通过促进 ECM 重构和清除产生 SASP 的成纤维细胞来并阻止年龄相关性卵巢纤维化的建立，以此维持组织稳态。
因此，二甲双胍可以调节特定群体的免疫细胞和成纤维细胞，以预防年龄相关性卵巢纤维化，这为预防卵巢纤维化提供了一种新策略。
