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脱发减少、虚弱指数改善40%!Nature:不杀细胞,只阻断柠檬酸转运,即可压制炎症、改善多组织衰老!

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在古希腊神话中,斩杀九头蛇从来不是一件简单的事:每砍掉一个头,切口就会立刻长出两个新头,且它喷吐的剧毒血液会永远污染整片土地。


在抗衰领域,这种“砍头式”的粗暴清除也面临类似困境。衰老细胞虽然持续释放衰老相关分泌表型(SASP),但它们在抑癌、伤口愈合等方面也有益处,赶尽杀绝,可能适得其反。

既然“砍头”代价沉重,那不妨给怪物戴上“止咬器”。近期,《Nature》上的一项研究揭示了调控SASP释放的双重锁机制:衰老细胞的炎症爆发,同时依赖线粒体DNA泄漏和乙酰辅酶A。而只需切断其中乙酰辅酶A的供应,便能在不杀细胞的情况下,剥夺其“发炎权”,并缓解小鼠的多种衰老表型[1]。



炎症爆发,“警报”和“燃料”

缺一不可

提到衰老细胞如何释放SASP,我们往往想到一个经典通路:细胞受损→线粒体DNA泄露→cGAS-STING免疫警报拉响→炎症因子开始转录。在这里,线粒体就像一个信号源,它的DNA泄漏触发了免疫警报。


然而,仅仅拉响警报就能驱动SASP的强烈表达吗?那细胞内部的防线也未免太过粗糙。

于是,研究者追到了细胞核里一探究竟。在这里,负责转录SASP炎症因子的染色质平时处于高度压缩状态。要想让警报信号转化为炎症蛋白输出,必须通过组蛋白乙酰化(如H3K27ac)来让染色质变疏松并敞开。而乙酰化修饰,是需要消耗“燃料”的。


图注:利用Parkin系统(可定向清除线粒体的蛋白)清除线粒体后,SASP基因的H3K27ac乙酰化修饰大幅减弱,代表性因子IL6和CCL2的mRNA表达同步暴跌。

而这些“燃料”,恰恰也来自线粒体。衰老细胞中,线粒体上的转运蛋白SLC25A1会上调,将柠檬酸从线粒体内部运到细胞质中,再由ACLY(ATP-柠檬酸裂解酶)接手转化为乙酰辅酶A。最终,乙酰辅酶A进入细胞核,为组蛋白乙酰化提供原料,SASP基因才得以表达。


图注:SLC25A1将柠檬酸运出线粒体的示意图;SLC25A1蛋白水平在衰老细胞中上调。

就是说,在SASP爆发中,线粒体同时提供了警报信号和燃料,而且研究进一步证实,二者缺一不可:清除衰老细胞的线粒体后,只单独补充乙酸盐(燃料)或单独转染mtDNA(警报),SASP都只能恢复非常有限的表达,到不了爆发的程度。


图注:在清除线粒体的衰老细胞中,单独补充乙酸盐或转染mtDNA,SASP表达上升都有限。

这就是衰老细胞中SASP释放的“双重锁”机制,一条路径传递炎症信号,另一条路径打开相关基因。两者相互配合,才能推动SASP充分表达。


图注:线粒体柠檬酸输出→乙酰辅酶A→组蛋白乙酰化→SASP表达的代谢通路示意图;mtDNA-cGAS-STING警报通路示意图。两者共同呈现了线粒体驱动SASP的双重路径。


不杀细胞,只收缴其“发炎权”

但话说回来,不管爆发SASP需要几重锁,直接清除衰老细胞不是更彻底?但一味对衰老细胞赶尽杀绝,可能会伴随未知的系统性副作用。


那就顺着这项研究的思路来:尝试只收回衰老细胞的“发炎权”。结果发现,无论抑制这条通路上的哪个节点:与柠檬酸生成有关的MPC、运送柠檬酸的SLC25A1、还是将柠檬酸转化为乙酰辅酶A的ACLY。结果均一致:SASP被压制, p16/p21等衰老标记没有明显变化,衰老细胞依然存活。


图注:CTPI2处理后,四个核心SASP因子(IL6、IL8、IL1B、CCL2)的mRNA表达均显著下降。

于是,研究者进一步利用SLC25A1抑制剂干预老年小鼠(每周3次,持续3个月)。外观上,小鼠的毛发变得更有光泽,脱发和毛发变白的情况减少;功能上,它们的握力增强、悬挂耐力提升、平衡能力改善,虚弱指数显著下降(约40%)。


图注:SLC25A1抑制剂(CTPI2)处理后,老年小鼠毛发更有光泽、脱发减少,虚弱指数显著下降。

对肌肉组织的分析也印证了功能改善:肌纤维横截面积增大(肌肉更粗壮),中央核肌纤维减少(结构更健康)。与此同时,血液中的炎症因子水平也出现降低,肝脏、肌肉等组织中的SASP基因表达被显著压制。


图注:CTPI2治疗后,肌纤维横截面积显著增大(WGA染色标记肌纤维膜)。

而且,这些改善发生的同时,衰老细胞依然没有明显减少。单细胞多组学分析进一步发现:SLC25A1抑制剂处理,实际上是关闭了SASP基因所在区域的染色质开放性,使之重新回归高度压缩状态,基因无法表达。


图注:以Ccl2和Igfbp4两个SASP基因为例,CTPI2处理后衰老细胞中这些基因位点的染色质开放性被关闭(ATAC-seq信号降低)。

不止这些,这条通路在人体中也有迹可循。分析GTEx人类数据库,研究者发现:人体内的SLC25A1表达水平,与心、脑、肾和肌肉等多器官中的线粒体相关SASP炎症特征显著正相关。而且,这种相关性与实际年龄本身无关,它反映的是身体内部真实的衰老负荷。


图注:人体组织中SLC25A1表达与线粒体依赖性SASP评分之间的相关分析。


燃料短缺后,SASP首当其冲!

但一个新问题也随之浮现:乙酰辅酶A全细胞通用,一旦限制了它的源头,其它生存必需基因会不会也跟着停止表达呢?

基本不会。有研究发现,许多SASP基因都与“类超级增强子”结构(需要大量乙酰辅酶A)相关[2]。当乙酰辅酶A断供时,这类区域最先被影响而关闭,SASP基因转录随之下降。而p16/p21这类细胞周期基因对乙酰辅酶A的依赖较小,则基本不受影响。


图注:热图显示衰老细胞中大量增强子被激活,且超级增强子(SEs)的激活显著[2]。

这种按需断供的方式,既能保住细胞、精准平息炎症,又可以规避衰老细胞清除策略的潜在未知风险。


最后,这项研究把线粒体代谢、表观遗传调控、天然免疫都穿在了同一条逻辑链上。线粒体代谢不只是供能,还是染色质状态的上游调控者。或许,未来只需调控线粒体代谢源头,不用动基因,就能对抗表观遗传老化。


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参考文献

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