PEX5整合了p38 MAPK信号通路和牛磺酸代谢途径，从而调控肺成纤维细胞的衰老过程

《Experimental Cell Research》：PEX5 integrates the p38 MAPK signaling pathway and taurine metabolism to regulate senescence in lung fibroblasts

本研究探讨 Perox5 在细胞衰老中的作用，发现其通过调控 p38 MAPK-TFEB 信号通路和牛磺酸代谢影响自噬流，外源牛磺酸可逆转衰老表型，揭示 Perox5 介导的调控机制，为年龄相关肺部疾病治疗提供新靶点。

　　

郑凌军|黄晓恒|彭正康|钱双|卢阳|林琳|宋雄

中国江苏省苏州市苏州医科大学生命科学学院生物化学与生物物理学系

摘要

慢性肺疾病是老龄化人群中日益严重的全球健康问题，但其潜在机制仍不明确，现有的治疗选择也有限。细胞衰老是衰老的一个标志，越来越多地被认为是慢性肺病理的关键驱动因素，并常伴随着亚细胞器的功能障碍。其中，过氧化物酶体被证明是重要的调节因子，尽管它们在衰老过程中的具体作用尚未得到充分研究。为了解决这一空白，我们研究了过氧化物酶体在人类胎儿肺成纤维细胞（HFL-1）复制应激和氧化应激诱导的衰老过程中的功能。我们发现，包括导入受体PEX5表达在内的过氧化物酶体生物发生过程在衰老细胞中显著下调。PEX5的丢失激活了p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）信号通路，减少了转录因子EB（TFEB）向核内的转运，并损害了自噬流，从而促进了促衰老的细胞状态。代谢组学分析显示，PEX5的过表达通过促进其关键合成酶在过氧化物酶体中的定位来增强牛磺酸的生物合成。值得注意的是，外源性牛磺酸补充剂可以恢复衰老成纤维细胞和老年小鼠肺中的PEX5水平，减轻衰老表型，并建立了PEX5-牛磺酸-PEX5的正反馈循环。这些发现共同揭示了一种以过氧化物酶体为中心的调控机制，该机制整合了p38 MAPK-TFEB信号通路和牛磺酸代谢来控制细胞衰老。这项工作为细胞器功能与衰老之间的相互作用提供了新的见解，并突出了治疗与年龄相关肺疾病的潜在靶点。

引言

慢性肺疾病是全球重要的健康负担，尤其是在老龄化人群中[1]。尽管在理解和管理这些疾病方面取得了显著进展，但肺衰老的基本机制仍然很大程度上尚未明确，现有的治疗选择在临床效果上也有限[2]。由于衰老是慢性肺疾病的主要风险因素，因此人们越来越关注细胞衰老在疾病发病机制中的作用，以寻找新的治疗靶点[3]。细胞衰老表现为不可逆的细胞周期停滞以及细胞形态和生理的显著变化，由各种应激因素触发[4]、[5]、[6]。衰老细胞的积累显著促进了组织衰老和功能障碍，而通过清除衰老细胞（senolytic agents）可以恢复组织功能并延长健康寿命[7]、[8]。越来越多的证据表明，细胞器功能的受损和细胞器间通讯的紊乱显著促进了细胞衰老，从而引发了多种与年龄相关的病理变化[9]、[10]。

过氧化物酶体是几乎所有真核细胞中都存在的膜结合细胞器，在多种代谢过程中发挥着关键作用，包括极长链脂肪酸的β-氧化、支链脂肪酸和2-羟基脂肪酸的α-氧化、质体脂质和胆汁酸的合成以及活性氧（ROS）的代谢[11]。过氧化物酶体蛋白家族（PEX）通过穿梭受体PEX5来调控过氧化物酶体的生物发生和基质蛋白的导入，PEX5能够识别细胞质中目标蛋白上的过氧化物酶体定位信号（PTS1）[12]、[13]。PEX5基因的突变会导致Zellweger综合征（ZSDs），这是一种严重的疾病，其特征是过氧化物酶体功能障碍，通常会导致早死[11]。缺乏PEX5的动物模型同样表现出显著缩短的寿命[14]、[15]、[16]、[17]。此外，在包括C. elegans和小鼠皮质神经元在内的模式生物中观察到PEX5随年龄增长而减少以及相关的过氧化物酶体功能障碍，这强调了PEX5与衰老过程之间的潜在联系[18]、[19]。值得注意的是，在衰老的人类成纤维细胞中积累了功能异常的过氧化物酶体，其中PTS1-蛋白质导入功能受损[20]。然而，将过氧化物酶体功能障碍和PEX5缺乏与细胞衰老直接联系起来的证据仍然有限，尤其是在人类慢性肺疾病的背景下。

除了其在过氧化物酶体蛋白质导入中的传统作用外，PEX5也越来越被认为是自噬的关键调节因子。PEX5与结节性硬化症复合体2（TSC2）的相互作用可以抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1（mTORC1）的活性，并在过氧化物酶体ROS的作用下促进自噬[21]。此外，ATM激酶对PEX5的磷酸化会导致其泛素化，并招募自噬适配器p62，从而刺激过氧化物酶体的选择性降解（pexophagy）[22]。相反，在营养匮乏条件下，PEX5的缺失会通过调节mTOR信号通路并抑制转录因子EB（TFEB）向核内的转运来破坏自噬过程[23]。最近的研究进一步强调了PEX5在维持自噬流、精子发生和应激条件下的细胞稳态中的重要性[16]、[24]。然而，PEX5调节自噬的精确分子机制及其与细胞衰老的潜在联系仍不完全清楚。

在这项研究中，我们研究了人类原代胎儿肺成纤维细胞（HFL-1）在复制应激和氧化应激诱导的衰老过程中PEX5的调控情况，并确定PEX5缺乏是促进细胞过早衰老的关键因素。从机制上讲，我们发现PEX5通过抑制p38 MAPK信号通路和增强牛磺酸生物合成来减轻衰老。我们的发现揭示了一个新的调控轴，即PEX5介导的逆向信号通路和代谢通路的整合，在与衰老相关的慢性肺疾病的病理生理学和潜在治疗靶点方面提供了新的见解。

部分摘要

细胞培养和质粒构建

HFL-1细胞（RRID: CVCL_0298）来自中国科学院细胞库（上海，中国），HEK293T细胞（RRID: CVCL_0063）来自美国类型培养物收藏中心（ATCC，美国）。所有细胞均在含有10%胎牛血清（FBS；Gibco，美国）、100 U/mL青霉素G钠和100 μg/mL硫酸链霉素（Gibco，美国）的高糖Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM；Hyclone，美国）中培养，培养温度为37°C，培养环境为加湿环境。

衰老肺成纤维细胞中的PEX5水平降低

为了探讨与年龄相关的肺部分子变化，我们对342个年龄在21至70岁之间的无疾病人类肺样本的转录组数据进行了GSEA分析[29]。Spearman相关性分析显示，过氧化物酶体通路显著受到年龄的影响（图1A），表明过氧化物酶体功能障碍是肺衰老的一个标志。为了进一步研究肺成纤维细胞中细胞衰老与过氧化物酶体功能之间的关系，我们建立了两个模型。

讨论

细胞衰老的特点是亚细胞器（包括过氧化物酶体、线粒体和细胞核）的广泛形态和功能改变。虽然线粒体衍生的信号在衰老的逆向调控过程中已被广泛研究[46]、[47]，但过氧化物酶体信号的作用仍不完全清楚。在这项研究中，我们确定过氧化物酶体穿梭受体PEX5是自噬流和牛磺酸的关键调节因子。

CRediT作者贡献声明

郑凌军：撰写——原始草稿、验证、方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化。黄晓恒：验证、方法学、研究。彭正康：软件、方法学、研究。钱双：验证、方法学、研究。卢阳：方法学、研究。林琳：方法学、研究。宋雄：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、研究、资金获取

伦理批准

所有动物实验均获得了苏州大学（中国苏州）机构动物护理和使用委员会的批准，并遵循了NIH关于实验室动物护理和使用的指南。

数据可用性

支持本研究结果的所有数据均包含在主手稿和支持信息文件中。原始RNA-seq数据已存入GEO数据库（GSE263751），图6的代谢组学数据可根据合理请求提供。

资金支持

本研究得到了国家自然科学基金（NSFC）项目（编号32471222和32170786）、江苏省自然科学基金（BK20255001）、江苏省研究生研究与创新项目（KYCX24_3332）、江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）以及苏州医科大学重点项目（编号YXY230319）的资助。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢朱振华博士在代谢组学分析方面的帮助。