《细胞》:打破细胞“老而不死”的宿命!科学家破译衰老细胞命运开关,补充这种脂肪酸就能将衰老细胞推向铁死亡,或可用于抗衰老
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在面对 DNA 损伤、癌基因激活或线粒体功能障碍等应激刺激时,细胞如何决定自己的最终命运? 科学界已知细胞衰老(Cellular Senescence)与铁死亡(Ferroptosis)是两种核心的细胞应激响应与抑癌机制。
衰老细胞虽然停止增殖,但持续的“衰老相关分泌表型”(SASP)会诱发慢性炎症并导致组织功能衰退;而铁死亡则是依赖游离铁和膜脂质过氧化的溶细胞性死亡。然而,受损细胞究竟如何在这两种命运之间做出“选择”,此前在分子机制上一直存在空白。
今日,《细胞》杂志发表了塔夫茨大学科研团队的论文,研究者们发现,多不饱和脂肪酸(PUFA)去饱和代谢重构是决定受损细胞选择“走向衰老”还是“发生铁死亡”的关键分子开关;衰老细胞通过选择性耗竭二高-γ-亚麻酸(DGLA)逃避铁死亡,而外源补充 DGLA 能精准诱导衰老细胞发生铁死亡,有效消除衰老细胞并改善老龄表型。
在辐射诱导(IR)、复制性衰老及癌基因激活等多种衰老模型中,气相色谱与质谱分析显示衰老细胞膜上的多不饱和脂肪酸整体升高,但位于Delta-6去饱和酶(D6D,FADS2编码)与Delta-5去饱和酶(D5D,FADS1编码)之间的关键中间产物——二高-γ-亚麻酸(DGLA, 20:3ω-6) 却被特异性耗竭。
原因在于衰老细胞中FADS1:FADS2转录比例剧增,导致D5D/D6D活性比值升高,加速了DGLA向下游花生四烯酸(AA)的转化,从而使衰老细胞避免因DGLA积累而触发死亡。
研究者分析发现,衰老细胞膜上的长链脂肪酸转运蛋白CD36表达显著上调,驱动外源DGLA的快速摄入;敲低CD36可阻断DGLA的诱导杀伤作用。
只有铁死亡抑制剂(如Ferrostatin-1、铁螯合剂DFX/SIH及脂氧合酶抑制剂Zileuton)能挽救DGLA引起的死亡。15-脂氧合酶(ALOX15)催化了DGLA介导的膜磷脂过氧化过程。
研究者向培养基中补充200 μM DGLA,发现其能特异性杀伤成纤维细胞、肝星状细胞、间充质干细胞及肝癌细胞等多种类型的衰老细胞,而对正常非衰老对照细胞无毒性。
接下来,研究者在衰老小鼠中开展研究。
对22–24个月大的老龄p16-3MR衰老模式小鼠和C57BL/6J小鼠连续5天口服DGLA乙酯(DGLA-EE,400 mg/kg),两周后显著降低了全身体内 p16信号,以及脂肪和肝脏组织中的SA-β-gal染色和SASP基因表达。
口服DGLA-EE增大了老龄小鼠脂肪细胞直径并减少了冠状结构;降低了肝脏纤维化染色、降低了血清AST、升高了血清白蛋白;同时显著降低了血清尿素水平,表明肾功能得到改善。不过,肝功能改善具有一定的性别差异,还需后续进一步讨论。
相比于经典的凋亡诱导剂ABT-263,DGLA在下调SASP炎症因子和保护肾功能方面展现出更优的综合效应。
研究者还分析了Kuopio肥胖手术(KOBS)人体研究队列中185名受试者的数据,FADS1基因rs174547位点的CC基因型(对应较低的DGLA消耗)受试者,其皮下脂肪组织中的P21WAF1衰老标记物显著下调。血浆与脂肪中的DGLA水平与P21WAF1表达呈显著负相关。
本研究揭示了脂肪酸代谢对细胞命运选择的决定性作用,证明利用代谢小分子DGLA将衰老细胞“重定向”至铁死亡,是一种高选择性、广谱的新型衰老细胞清除(Senolytic)策略。这不仅为抗衰老和老年退行性疾病的干预提供了崭新的靶点,也为肿瘤治疗提供了“先诱导癌细胞衰老,再通过补充DGLA驱动其发生铁死亡”的协同组合疗法新思路。