保持蛋白质内稳态与激活自噬

7 保持蛋白质内稳态与激活自噬

功能正常的健康细胞需要蛋白质保持完整,非折叠、错误折叠或聚集的蛋白质等导致蛋白质内稳态受损的过程,可引发阿尔茨海默病、帕金森病和白内障等衰老相关疾病,而提高蛋白质内稳态的操作可帮助减缓衰老。保持细胞中蛋白质内稳态(蛋白质组的稳定性)和正常功能的机制称为蛋白质质量控制机制,包括保持蛋白质正确折叠和HSP 蛋白质家族的稳定性,以及蛋白质降解机制和自噬。

内源和外源应力(如ROS 氧化)可引起蛋白质失去折叠或损害蛋白质合成过程中的正确折叠,不能折叠的蛋白质可累积和聚集,最终产生蛋白毒性,引起衰老。未折叠的蛋白质一般可通过热休克蛋白(HSP)重新折叠,或通过泛素-蛋白水解体或在溶酶体内降解。巨噬细胞可通过Hsc70 识别未折叠的蛋白质,将其输入到溶酶体(自噬)[28]

自噬的主要功能是在受损的生物大分子(如蛋白质和脂质分子)或受损的细胞器(如功能失调的线粒体)毒害机体之前,使其降解并再循环。这个过程存在于绝大多数真核细胞中,细胞内负责自噬和大分子降解的细胞器溶酶体在这类降解及循环过程中起关键作用。如果溶酶体缺失或功能异常,会导致细胞无法及时清除有害的变性蛋白分子或受损细胞器,而这些有害物质在细胞中的大量累积,会促使细胞代谢不稳定或失衡,加速细胞的衰老。

由于某些无法降解的毒性代谢产物(如脂褐素等)在细胞内不断累积,这些含量不断增高的代谢毒物会导致溶酶体出现膨胀并失去正常功能,诱发细胞衰老。在寿命较长的细胞中,溶酶体活性对衰老的影响更大。调节溶酶体活性是逆转细胞衰老的重要选项之一。

随着衰老的持续,免疫系统抵御病原体和清除有害细胞的效率显著下降,并伴有严重慢性炎症。正是由于这些未得到及时清除的受损细胞和分子以及免疫系统对病原体的记忆功能逐渐消退,导致产生炎症并加剧退行性衰老。

英国牛津大学的斯特兰克斯等人2015年发表在Journal of Innate Immunity 上的论文,主要探索免疫系统功能与自噬衰退之间的相关性,提供了提高自噬天然水平有利于治疗衰老和老年病的证据[29]

巨噬细胞为天然免疫和获得性免疫的连接提供了桥梁。在老年人的免疫系统中,经常见到巨噬细胞和其他骨髓细胞以及大量细胞因子产生的频率增加,这称之为“免疫老化”。在斯特兰克斯等人的论文发表之前,尚不清楚在生命周期中如何保持健康的巨噬细胞,也不清楚在衰老过程中炎症与骨髓细胞功能障碍有什么相关性。

作为细胞内降解机制的自噬,与衰老和寿命延长密切相关。斯特兰克斯等人第一次表明自噬调节巨噬细胞各种衰老特征的产生。在缺少自噬必需基因Atg7时,巨噬细胞数量增加,但吞噬作用和亚硝酸盐爆发减少,炎症细胞因子应答显著增加,这种现象也出现在老年巨噬细胞中。此外,自噬的下降令表面抗原的表达减少,使巨噬细胞的代谢倾向于酵解。

斯特兰克斯等人表明,老年小鼠巨噬细胞的自噬比年轻小鼠明显减少,这表明自噬在保持巨噬细胞的稳态和功能、调节炎症和代谢等方面起关键作用,可防止免疫老化[28]。总的看来,自噬调节可预防衰老过程中的过量炎症、保持巨噬细胞的功能、提高免疫应答并减少与衰老炎症有关的病死率。

在健康医学中一般使用脱泛素化酶抑制剂或蛋白水解体激活剂(Verapamil、clonidine 等),通过提高蛋白酶体的活性来保持蛋白质内稳态,也使用ferroquine (FQ)(抗疟疾药)来提高巨噬细胞介导的自噬。

另外,Hyun Tae Kang 等人证实,随着细胞老化进程加速,参与溶酶体活性调节的空泡ATPase(v-ATPase)蛋白会被ATM 激酶磷酸化,造成空泡ATPase单体之间的结合力减弱,最终导致溶酶体正常功能的下降或丧失。使用小分子化合物KU-60019 抑制ATM 蛋白激酶活性,能够降低v-ATPase 的磷酸化水平,从而促进溶酶体和自噬系统恢复正常功能,这是逆转细胞衰老的重要节点之一。另外,KU-60019 也能使老年动物机体的伤口愈合加速[30]

Kang 等人的新发现在抗衰老实践中的应用价值较高,只需使用一种简单的蛋白激酶抑制剂KU-60019,便可有效恢复细胞中溶酶体的正常功能,帮助逆转细胞的衰老过程。KU-60019 这种小分子药物将在健康医学抗衰老干预中发挥积极作用。