Senescent glia link mitochondrial dysfunction and lipid accumulation
探索果蝇大脑中AP1+胶质细胞衰老特征的分子机制及其与寿命和健康期的关联
2024年6月，来自美国宾夕法尼亚大学等科研机构的研究团队在《Nature》（影响因子为64.8）期刊上发表了一篇题为“Senescent glia link mitochondrial dysfunction and lipid accumulation”的研究论文。该研究揭示了衰老的AP1+胶质细胞在神经元线粒体功能障碍中所扮演的角色，并阐明了其与未衰老胶质细胞中脂滴（LD）积累之间的关联。研究进一步指出，通过降低胶质细胞中激活蛋白1（AP1）的活性，可以有效改善大脑衰老的状况，并在果蝇模型中观察到寿命的延长。
亮点概述
本研究揭示了AP1在果蝇大脑衰老过程中的胶质细胞亚群中显著活跃，这一特征与哺乳动物衰老细胞中的表现相似。通过调控神经胶质中AP1的活性，本研究发现其能够延缓衰老进程，显著延长果蝇的寿命和健康期，并有效减少脂质积累，为抗衰老研究提供了新的视角。
研究背景
在哺乳动物物种及多种组织中，衰老现象与细胞衰老的启动密切相关。细胞衰老是一种由少数细胞群采取的炎症分泌状态，其特征在于细胞周期停滞、形态变化及分泌多种促炎因子。定期清除衰老细胞在衰老小鼠体内已被证实能够延长寿命、改善组织健康并减轻老年性疾病，这些益处主要归因于衰老相关分泌表型及相关炎症的显著减少。然而，关于细胞在体内衰老的具体机制、触发因素及其对组织衰老的深远影响，目前仍有许多未知领域亟待探索。
先前的研究在果蝇大脑中发现了衰老相关转录因子AP1在创伤性脑损伤及自然衰老后的胶质细胞亚群中长期活跃的现象。这些AP1+胶质细胞展现出异常形态，能够分泌基质金属蛋白酶，促进tau病理，这些特征在小鼠衰老胶质细胞中同样存在。尽管在果蝇中尚未有明确的衰老细胞报道，但衰老相关基因在进化上是保守的，果蝇细胞在体内同样能够经历癌基因诱导的衰老过程。
研究结果
鉴于先前工作已证实AP1+胶质细胞具备衰老特征，本研究采用在AP1结合基序控制下表达dsRed的转基因系，对AP1+胶质细胞在果蝇大脑中出现的时间及空间分布进行了详细表征。结果显示，在果蝇生命早期（5-10天），未观察到dsRed+细胞；至中年期（约20天），触角叶中首次出现dsRed+细胞；而在生命后期（30-40天），dsRed+细胞持续存在于触角叶，并扩展至视叶。
为进一步探究衰老相关生物标志物与AP1+胶质细胞出现之间的关联性，本研究分析了衰老相关的β-半乳糖苷酶（SA-β-Gal）活性及果蝇DNA损伤标志物γH2Av随年龄增长的变化情况。结果表明，随着果蝇大脑的衰老，AP1+胶质细胞以特定区域渐进积累的方式出现，且细胞衰老的标志物水平显著增加。
此外，通过荧光激活细胞分选（FACS）技术及批量RNA测序（RNA-seq）分析，本研究进一步证实了AP1+胶质细胞具有与衰老细胞一致的表型特征。基于上述发现，本研究将AP1+胶质细胞定义为衰老胶质细胞，并将AP1neg胶质细胞作为对照，定义为非衰老胶质细胞，为后续深入研究果蝇大脑衰老机制奠定了基础。
在后续的学术研究中，研究人员深入探究了细胞在体内衰老的潜在机制，特别关注了AP1+（激活蛋白1阳性）胶质细胞在衰老过程中的特定表达模式。他们观察到，在衰老过程中，胶质细胞首先在触角叶区域表现出高度固定的特征，随后这一模式扩展至视叶区域。这一现象在果蝇模型中尤为显著，其中与年龄相关的嗅觉功能丧失（触角叶神经元受累）先于视力功能丧失（视神经叶神经元受累）发生，提示神经胶质细胞的衰老过程可能与神经元的衰退过程并行发展。
为了进一步解析这一机制，研究人员采用了流式细胞术（FACS）和批量RNA测序（RNA-seq）技术，对年轻与衰老果蝇大脑的神经元进行了全面比较。通过基因本体论（GO）富集分析，他们发现衰老神经元中上调的基因主要与炎症反应相关，这一发现与哺乳动物神经元衰老研究中的观察结果相吻合。相反，下调的基因则主要涉及线粒体功能和代谢途径，表明随着年龄的增长，神经元的线粒体功能逐渐衰退。
这些发现与果蝇单细胞RNA测序数据以及哺乳动物和其他细胞类型中的研究结果高度一致，进一步证实了线粒体功能下降在神经元衰老过程中的关键作用。尤为重要的是，后续研究揭示，当神经元的线粒体功能受损与神经元衰老过程同步发生时，AP1+胶质细胞会被特异性激活，并表现出与自然衰老过程相似的衰老反应。这一发现为理解神经胶质细胞与神经元衰老之间的相互作用提供了新的视角，并为开发针对衰老相关神经退行性疾病的治疗策略提供了潜在的分子靶点。
神经元线粒体功能障碍触发衰老的AP1+胶质细胞
本研究通过在小鼠模型中观察到持续消除衰老细胞基因方法会阻碍伤口愈合，而间歇性消除（每周两次）则能延长健康期和寿命的现象，进而在果蝇模型中展开了对衰老胶质细胞影响的深入探究。研究人员采用可诱导的胶质细胞特异性GAL4或AP1失活磷酸酶（UAS-puc）系统，对神经胶质的AP1活性进行了连续或间歇性的阻断。研究结果显示，在果蝇生命早期持续阻断AP1活性并未产生显著影响，但至生命中期（约20天），随着触角叶中首次出现衰老胶质细胞，果蝇的存活率出现了明显下降。然而，当采用每周阻断AP1活性1天的间歇性干预策略时，果蝇不仅显著超越了对照组的中位数和最长寿命，还表现出运动活动的改善和热应激抵抗能力的提升，同时，晚年大脑中的SA-β-Gal活性也显著降低。综上所述，这些数据强有力地表明，神经胶质的AP1在果蝇衰老过程中扮演着至关重要的角色，而轻度抑制AP1活性（每周1天）能够有效延长果蝇的寿命并提升其健康状态，这一发现与在小鼠模型中靶向衰老细胞所观察到的益处相类似。
为了探究靶向衰老胶质细胞并探究其对动物大脑健康与衰老过程中的生物学及分子层面影响，研究人员设计了实验，在年轻（7天龄）和老年（42天龄）果蝇的大脑中，分别进行了间歇性阻断与不阻断胶质细胞AP1（Activator Protein 1）的处理，并随后进行了批量RNA测序分析。研究结果显示，靶向神经胶质中的AP1并未改变神经元线粒体功能随年龄增长而逐渐衰退的现象。然而，研究发现了显著的基因表达变化，特别是与脂质代谢相关的基因和过程出现了下调，这包括了参与游离脂肪酸（FFAs）在脂滴（LDs）中以甘油三酯（TAGs）形式产生和储存的蛋白质。
鉴于胶质细胞中脂滴的积累与病理变化及脂质相关基因的变异密切相关，从而增加疾病风险，研究人员进一步通过BODIPY染色技术和全脑脂质组学分析，揭示了AP1阻断条件下脂滴减少的现象，这可能是由于脂质合成途径的减弱所导致的。综上所述，这些数据表明，在AP1阳性的胶质细胞中，游离脂肪酸倾向于积累；而在AP1阴性的胶质细胞中，则是甘油三酯或脂滴的形式积累。靶向胶质细胞AP1的处理对AP1阳性和AP1阴性的胶质细胞产生了不同的影响，分别减少了AP1阳性细胞中的游离脂肪酸和AP1阴性细胞中的甘油三酯或脂滴。这一发现揭示了衰老细胞中AP1的活性能够影响非衰老细胞中的脂质积累过程。
在深入研究中，研究人员综合分析了哺乳动物IMR90细胞实验与果蝇模型的数据，揭示了衰老神经胶质细胞的生成过程高度依赖于AP1（Activator Protein 1）因子的调控。AP1的活性不仅促进了衰老神经胶质细胞的产生，还间接推动了非衰老神经胶质细胞中脂滴（LDs）的积累。进一步的研究发现，通过靶向干预衰老神经胶质细胞中的AP1，可以显著改变衰老大脑的脂质生物学特性，具体表现为脂质合成的减少以及脂滴积累的降低。
这一干预措施产生了双重效应：一方面，减少脂质合成和脂滴积累对延长动物寿命及维持其健康状态具有积极影响；另一方面，这一干预也可能带来消极影响，即导致更大的氧化损伤。这一发现为理解神经胶质细胞衰老与脂质代谢在大脑衰老过程中的相互作用提供了新的视角，并提示了在开发针对衰老相关疾病的治疗策略时，需权衡干预措施的正负两面效应。
衰老的人类细胞中的JUN促进非衰老细胞中的LDs
综上所述，本研究成功地在果蝇模型中鉴定了天然存在的衰老胶质细胞，并深入探讨了这些细胞的起源以及它们在生物体内的具体影响。通过靶向衰老神经胶质细胞中的AP1（Activator Protein 1）活性，本研究发现这一干预措施能够显著减轻衰老相关的生物标志物表达，有效延长果蝇的寿命和健康期，并减少脂质在体内的异常积累。然而，值得注意的是，尽管这些益处显著，但它们却伴随着大脑氧化损伤程度的增加。此外，本研究还观察到，靶向AP1活性并未能改善神经元线粒体的功能状态。这些发现为理解衰老胶质细胞在生物体衰老过程中的作用以及AP1信号通路在衰老调控中的复杂性提供了重要的见解。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| RNase-Free DNase Set (50) | 79254 | 50Test |
| RNase-free DNase Set (250) | 79256-Qiagen | 250Test |
| RNeasy Mini Kit (250) | 74106 | 250Test |
| RNeasy Mini Kit (50) | 74104 | 50Test |
