AmBeed文献解读|EMBO J

环丝氨酸蛋白酶 D在衰老细胞的生存中起着至关重要的作用

2024 年 10 月 24 日，Manuel Serrano研究团队在EMBO J发表题为《Cyclophilin D plays a critical role in the survival of senescent cells》的研究。研究团队通过全基因组CRISPR/Cas9筛选发现了环孢蛋白D（CypD），一个新的衰老细胞裂解靶标，其通过促进线粒体通透性转换孔（mPTP）的短暂开放来维持钙离子平衡，抑制CypD导致线粒体钙离子积累和衰老细胞死亡，为治疗衰老相关疾病提供了新的策略。 

研究背景

衰老细胞在多种疾病的发展中起着关键作用，它们的积累与慢性炎症、组织纤维化和再生能力下降有关。能够选择性清除这些细胞的疗法，即senolytic疗法，已成为治疗衰老相关疾病的一个有前景的策略，但仍存在局限性，因此需要识别和理解衰老细胞的分子脆弱性，以改进senolytic疗法。越来越多的证据表明，衰老细胞在线粒体和代谢适应性方面发生显著改变，但线粒体靶点用于senolysis的识别仍然是一个研究不足的领域。通过全基因组CRISPR/Cas9筛选，研究团队鉴定了PPIF基因，该基因编码线粒体基质蛋白CypD，作为一个新型的senolytic候选基因。 CypD是线粒体通透性转换孔（mPTP）的主要正向调节因子，mPTP 的生理功能涉及孔的调节和瞬时开放，也称为闪烁。研究团队揭示了CypD依赖的mPTP闪烁在衰老细胞存活中的关键作用，并提出通过抑制CypD来选择性杀死衰老细胞的新治疗策略。

 

图1 使用基于小鼠胚胎干细胞（mESC）的CRISPR/Cas9筛选系统来鉴定新的衰老细胞裂解靶标

 

图附1  验证用于识别 senolytic 靶标的 mESC CRISPR/Cas9 筛选平台

通过CRISPR/Cas9筛选，研究人员在小鼠胚胎干细胞中鉴定出PPIF基因，作为一个关键的衰老细胞存活基因，它可以编码线粒体蛋白CypD。研究发现，衰老细胞中CypD/mPTP的“闪烁”事件频率高，且CypD的药理抑制会导致线粒体钙离子的有毒积累和衰老细胞的死亡。

 

 图2  CypD 的耗竭或抑制可在体外和体内特异性消除衰老细胞

在多种人类细胞模型中，CypD的抑制通过降低CypD mRNA和蛋白水平，选择性地减少了衰老细胞的存活率，而对增殖细胞没有影响。此外，通过Palbociclib(来自Ambeed)诱导建立肿瘤细胞衰老的体内模型，使用CypD 的抑制剂环孢素A可以在体内消除衰老癌细胞并表现出抗肿瘤活性。

 

图3 mPTP 的瞬时开放在衰老细胞中比在增殖细胞中更频繁

研究人员观察到衰老细胞的mPTP“闪烁”事件频率是增殖细胞的三倍，且CypD的抑制显著降低了这一频率，表明CypD在维持衰老细胞线粒体健康中起着重要作用。

 图 4  抑制 mPTP 开放导致衰老细胞中线粒体钙离子水平积累

研究发现，CypD的抑制导致衰老细胞中线粒体钙离子水平的积累，而不影响非衰老细胞，揭示了衰老细胞对线粒体钙离子水平变化的敏感性。

图 5  CypD抑制影响衰老细胞的线粒体形态

CypD的抑制导致衰老细胞中线粒体体积和长度的显著减小，表现为线粒体碎片化，这是钙离子超载的特征。

图6 线粒体钙水平的调节可以模拟或挽救在CypD耗尽细胞中观察到的表型

通过药理学和遗传学方法调节线粒体钙离子水平，研究人员发现NCLX（线粒体钠/钙交换器）的抑制可以模拟CypD抑制的效果，导致衰老细胞死亡，进一步证实了线粒体钙离子动态平衡在衰老细胞中的重要性。

结论

        这篇揭示了衰老细胞对线粒体钙离子的高敏感性，以及CypD/mPTP闪烁对衰老细胞存活的重要性。抑制CypD作为一种新的治疗策略，为与细胞衰老相关的疾病提供了潜在的治疗途径。

图6 Palbociclib (A295334) 来自AmBeed品牌

Doi: 10.1038/s44318-024-00259-2