维持蛋白质稳态对于机体抵抗胁迫促进健康衰老非常关键。蛋白质稳态对于干细胞功能的维持也很关键。其中造血干细胞（Hematopoietic stem cells，HSCs）会产生血液以及免疫细胞。为了维持干细胞的功能和组织完整性，造血干细胞依赖于专门的应激反应机制来减轻不同生物学过程中的胁迫反应，调节和维持蛋白质稳态。但是一直以来干细胞在应对胁迫过程中是调节蛋白质稳态的具体分子机制还不甚清楚。

2021年8月12日，美国加州大学圣地亚哥分校Robert A.J. Signer研究组发文题为Hsf1 promotes hematopoietic stem cell fitness and proteostasis in response to ex vivo culture stress and aging，发现在体外培养的造血干细胞中Hsf1因子可以促进其适应性以及蛋白质的稳态，从而能够破除造血干细胞在体外扩大培养的障碍。

作者们先前的研究表明，年轻的成体造血干细胞比其他的造血干细胞的具有更低的蛋白质合成水平【1】。低蛋白合成水平对成体造血干细胞的维持是必要的，因为哪怕蛋白合成的少量增加都会破坏蛋白稳定并损害机体内造血干细胞的自我更新【2,3】。作者们发现体外培养迅速诱导小鼠和人造血干细胞中蛋白质合成的大量增加，从而破坏蛋白质平衡。造血干细胞在培养中无法大量生长这一点正是其在细胞治疗中扩大应用的主要障碍。

为了探究造血干细胞体外培养过程中出现蛋白质稳态紊乱的可能机制，作者们对其2,368个转录本发生变化的基因进行检测，并对发生变化的基因进行了基因集合富集分析（Gene set enrichment analysis）【4】。作者们发现在培养的造血干细胞中，细胞应激反应调控基因发生了显著上调，该结果说明造血干细胞的体外培养过程中的确经历了应激胁迫反应。而且培养的造血干细胞中上调最多的几个基因集合均与蛋白质合成有关，包括核糖体生物发生、mRNA加工、氨基酸代谢过程、翻译起始、翻译延伸和翻译终止等等。

蛋白质合成稳态的维持主要是由蛋白质合成与降解之间的平衡所决定的。通过利用蛋白酶体的报告因子UbG76V-GFP小鼠，作者们发现，蛋白质合成的增加以及错误折叠蛋白的量会超过蛋白酶体的承载量从而导致蛋白质稳态的紊乱。

与新鲜造血干细胞相比，体外培养的造血干细胞表现出明显的热响应基因上调（图1），这一现象引起了作者们的兴趣，说明体外培养的造血干细胞的蛋白质合成紊乱的症结可能是出在热激反应过程之中。热激反应是细胞质中响应蛋白质胁迫的中心细胞反应，主要是由转录因子Hsf1所控制的【5】。作者们发现体外培养一段时间的造血干细胞会出现显著的细胞核内HSF1的累积，敲除Hsf1之后造血干细胞的多谱系重组活性发生了严重的损害。因此，Hsf1是促进体外年轻成体造血干细胞维持的关键因素。

图1 Hsf1促进体外造血干细胞的维持

既然如此，如果进一步增加Hsf1的活性是否会增加离体培养的造血干细胞的生长呢？为此，作者们对体外培养的造血干细胞进行了Hsp90抑制剂17-AAG以及TRiC抑制剂/HSF1激活剂HSF1A的处理，发现17-AAG和HSF1A持续增强培养的造血干细胞的长期多细胞谱系重组活性，而且体外培养的造血干细胞在功能上也类似于新鲜的造血干细胞。进一步地，作者们发现Hsp90抑制剂17-AAG以及TRiC抑制剂/HSF1激活剂HSF1A的作用发挥很大程度上也依赖于Hsf1。通过在小鼠体内的实验，作者们还发现Hsf1在中老年成人造血干细胞中被激活。因此，在衰老过程中造血干细胞的蛋白酶稳定受到挑战的时候，Hsf1的激活会降低蛋白质的合成，帮助调节和促进蛋白质稳态的维持。

图2 工作模型

总的来说，该工作鉴定发现了体外培养的造血干细胞蛋白质合成增加的具体分子机制，主要与Hsf1的核积累有关，正是Hsf1的异常造成了造血干细胞体外维持的缺陷。在培养基中添加增强Hsf1活性的小分子可以抑制蛋白质的合成，重新调配蛋白质稳态的平衡，该工作为体外大规模的培养提供了新的可能性。