《Aging Cell》：Decreased Glucose Metabolism and Declined Chaperones Are Unique Features Required for the Survival of Senescent Fibroblasts and Pyruvate Dehydrogenase Is a Potent Senolytic Target
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本研究通过蛋白质组学分析揭示了辐射诱导衰老的BJ成纤维细胞核心特征：葡萄糖代谢、三羧酸循环（TCA cycle）及分子伴侣水平显著下降，但低活性的TCA循环与分子伴侣仍是衰老细胞存活所必需的。研究证实，联合抑制丙酮酸脱氢酶（PDH）、谷氨酰胺酶1（GLS1）和热休克蛋白90（Hsp90）可协同增强对衰老成纤维细胞及治疗诱导衰老肿瘤细胞的清除效果，并改善衰老小鼠的生理功能，提示PDH是极具潜力的新型抗衰老靶点。
蛋白质组学揭示衰老成纤维细胞的关键特征
1. 引言
细胞衰老是衰老与年龄相关疾病的重要驱动因素。深入识别衰老特异性细胞特征对于理解衰老细胞的存活与维持机制，以及开发新型衰老细胞清除药物至关重要。本研究通过定量蛋白质组学技术，对辐射诱导衰老的人皮肤BJ成纤维细胞进行了全局分析。
2. 结果
2.1. 辐射诱导衰老成纤维细胞的蛋白质组学图谱
通过SILAC定量蛋白质组学分析，研究人员在衰老的BJ成纤维细胞中共鉴定出178个丰度变化至少4倍以上的细胞蛋白。其中31个蛋白上调，147个蛋白下调。功能富集分析显示，大量蛋白属于衰老相关分泌表型、内质网-高尔基体相关、分子伴侣、线粒体代谢、糖酵解及DNA修复等类别。
2.2. 衰老中多样化的蛋白响应模式及其与转录变化的相关性
研究发现，同一家族或参与同一生物学过程的蛋白在衰老时常表现出相似的丰度变化模式。但也有一些例外，例如胰岛素样生长因子结合蛋白5（IGFBP5）上调，而IGFBP7则下调。此外，蛋白丰度变化与其转录水平之间存在正相关（如同步上调的SERPINB2）和反向相关（如转录上调但蛋白分泌导致胞内水平下降的妊娠区蛋白PZP）两种模式。
2.3. 衰老细胞中糖酵解、TCA循环、谷氨酰胺分解及脂肪酸合成途径的酶显著下调
蛋白质组学数据明确显示，糖酵解（如PFKP、PKM1/2、ALDOA）、TCA循环（如PDHB）、谷氨酰胺分解（GLS1）及脂肪酸合成（如ACLY、ACOT7）等多个关键代谢途径中的酶在衰老细胞中丰度均下降超过4倍。Western blot和半定量RT-PCR结果在BJ和IMR-90细胞中验证了PFKP、PKM2、PDHA、GLS1等蛋白及其转录水平的降低。
2.4. 衰老成纤维细胞的低葡萄糖消耗、ATP与α-酮戊二酸生成减少及胞质NAD+/NADH比率下降
功能实验证实，衰老的BJ、WI-38和IMR-90细胞的葡萄糖消耗率、ATP水平、α-酮戊二酸水平以及胞质NAD+/NADH比率均显著低于其增殖态对照。用CPI-613（PDH抑制剂）和BPTES（GLS1抑制剂）联合处理可进一步加剧衰老细胞中这些指标的下降。
+/NADH比率上的下降，以及抑制TCA循环和谷氨酰胺分解对这些指标的影响。">
2.5. 低活性的糖酵解、TCA循环和谷氨酰胺分解是衰老成纤维细胞存活所必需的
细胞毒性实验表明，抑制糖酵解的2-脱氧葡萄糖对衰老和增殖细胞均有杀伤，缺乏选择性。而低剂量的CPI-613对衰老BJ细胞表现出更高的选择性杀伤。联合使用CPI-613和BPTES可协同增强对衰老细胞的杀伤作用，而对增殖细胞毒性较低，证明低活性的TCA循环和谷氨酰胺分解是维持衰老细胞存活的关键。
2.6. 分子伴侣水平下降是衰老成纤维细胞的独特特征且为衰老存活所需
研究鉴定出包括TRiC复合体、Hsp70家族、Hsp90家族在内的多种分子伴侣在衰老细胞中丰度显著下调。Hsp90抑制剂17-AAG能以剂量和时间依赖的方式选择性杀伤衰老的IMR-90和BJ细胞，而对增殖细胞无明显毒性，表明下调的分子伴侣水平对衰老细胞的存活同样必不可少。
2.7. 联合靶向TCA循环与分子伴侣可增强对衰老成纤维细胞及衰老肿瘤细胞的清除效果
研究人员测试了17-AAG、CPI-613和BPTES的联合用药效果。在衰老BJ细胞中，三药联用比单药或两药联用展现出更强的杀伤效果。更重要的是，该联合用药方案对阿霉素诱导的治疗诱导衰老肿瘤细胞（A549和HeLa）也表现出高效且选择性的清除作用，其效果甚至优于对衰老成纤维细胞的作用。
2.8. 治疗诱导衰老肿瘤细胞的代谢活性远高于衰老正常细胞
与衰老的正常成纤维细胞中Hsp90、PDHA、GLS1水平显著下降不同，在治疗诱导衰老的肿瘤细胞中，这些蛋白的水平保持不变甚至有所升高。这种靶点水平的差异可能是联合治疗方案对衰老肿瘤细胞效果更佳的原因之一，也提示衰老肿瘤细胞可能维持了更高的代谢活性。
2.9. 联合抑制TCA循环和Hsp90可减少衰老小鼠体内的衰老细胞并改善其生理功能
在D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型中，间歇性给予CPI-613、BPTES和17-AAG联合治疗一个月。结果显示，治疗组小鼠肝脏、肾脏和肺组织中的衰老标志物p21阳性细胞显著减少，脾脏大小和体重无异常变化，且握力、转棒停留时间、跑步机运动距离和耐力等多项生理功能指标均得到显著改善，表明该联合治疗方案在体内能有效清除衰老细胞并缓解衰老相关的机体功能衰退。
3. 讨论
3.1. 葡萄糖代谢下调是衰老正常细胞的独特特征
本研究发现，与普遍认为衰老细胞代谢更活跃的观点不同，辐射诱导的衰老正常成纤维细胞表现出葡萄糖代谢整体下调。这与衰老细胞周期停滞、生物合成需求降低相符。然而，治疗诱导衰老的肿瘤细胞却可能维持甚至升高其代谢活性，揭示了衰老正常细胞与衰老癌细胞之间存在不同的代谢适应策略。
3.2. TCA循环与分子伴侣的最低活性是衰老存活与维持所必需的
尽管TCA循环和分子伴侣在衰老细胞中活性降低，但研究证实它们仍为细胞存活所必需。抑制PDH或GLS1会导致中间代谢产物和ATP耗竭，从而选择性杀伤衰老细胞。同样，低水平的分子伴侣可能使衰老细胞更易受到进一步抑制（如使用Hsp90抑制剂17-AAG）而死亡。
3.3. 丙酮酸脱氢酶或可成为开发新型衰老细胞清除药物的强力靶点
目前已有的衰老细胞清除药物存在选择性低、疗效有限等问题。本研究提示，靶向TCA循环上游关键酶PDH，并与GLS1、Hsp90抑制联用，可实现对衰老细胞的高效选择性清除，且在衰老小鼠模型中显示出改善衰老表型的潜力。因此，PDH有望成为一个开发高选择性、高效能抗衰老药物的新靶点。
4. 结论
本研究通过定量蛋白质组学揭示了衰老成纤维细胞的关键细胞特征：葡萄糖代谢下降、ATP和α-酮戊二酸生成减少、分子伴侣水平降低。这些特征是衰老正常细胞存活和维持所必需的。联合靶向TCA循环和分子伴侣可协同增强对衰老正常细胞及治疗诱导衰老肿瘤细胞的清除效果，并能改善衰老小鼠的生理功能障碍。该研究不仅深化了对衰老细胞生物学的理解，也为开发以丙酮酸脱氢酶为代表的新型抗衰老干预策略提供了重要依据。
