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卡路里限制（CR）对衰老的影响存在争议，为探寻类似 CR 效果的干预措施，研究人员以酵母为模型研究 Ulp2 SUMO 特异性蛋白酶缺失后的适应性机制。结果发现，Ubc9 E2 SUMO 结合酶自 SUMO 化水平增加可延长细胞寿命，有望用于开发 CR 模拟策略。
在生命的长河中，衰老一直是困扰科学界的谜题。从细胞层面来看，衰老伴随着分子、细胞和器官损伤的逐渐积累，最终增加患病和死亡的风险。卡路里限制（Calorie Restriction，CR）作为一种被广泛研究的延缓衰老的方式，能在多种物种中促进长寿，它与 sirtuin（Sir2）组蛋白去乙酰化酶（HDAC）介导的染色质稳定性维持以及雷帕霉素靶蛋白（Target of Rapamycin，TOR）信号通路密切相关。然而，目前人们对这些机制的理解并不完全，比如线虫中呼吸链功能障碍是否确保寿命延长，以及酿酒酵母中是否存在 Sir2 非依赖的 CR 通路等问题，实验结果相互矛盾。同时，SUMO（Small Ubiquitin-like Modifier）通路虽参与衰老相关的多种细胞过程调节，但 SUMO 化与衰老过程中能量代谢及其他生物学事件的调控机制尚不明确。在此背景下，为了深入探究衰老的奥秘，找到新的延缓衰老的靶点和机制，庆北国立大学（Kyungpook National University）的研究人员开展了一系列研究 ，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。通过 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达谱的变化，以此探究细胞适应 Ulp2 SUMO 特异性蛋白酶缺失的机制；运用染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）研究 Ubc9 自 SUMO 化对 SUMO 在染色质上结合的影响；利用蛋白质谱技术鉴定 SUMO 修饰的蛋白质，了解 SUMO 修饰底物的变化；此外，还通过测量酵母细胞的复制寿命（Replicative Lifespan，RLS）评估细胞衰老情况。
研究结果如下：
- 基因表达模式改变：研究发现，经过约 500 代连续培养，ulp2Δ 细胞的生长和细胞周期缺陷得到恢复。RNA-seq 数据显示，与野生型（WT）相比，新生 ulp2Δ 细胞中能量代谢相关基因下调，翻译相关基因上调；而在进化后的 ulp2Δ 500G (Uba2C1625)细胞中，这种变化发生逆转，能量储备和消耗过程均被激活，但 ulp2Δ 500G (Uba2C1625,A414P)细胞未出现此现象，表明存在不同的长期适应机制。
- 生长速率和 RLS 增加：进化后的 ulp2Δ 细胞在多种培养条件下比 WT 细胞生长更快，尤其是在 37°C 时优势明显。同时，这些细胞的 RLS 显著延长，比 WT 细胞高出 80%。这表明实验室进化不仅纠正了 ulp2Δ 细胞的营养生长缺陷，还克服了细胞复制能力的正常限制，可能存在延长细胞寿命的适应性机制。
- Ubc9 自 SUMO 化增加与 RLS 延长相关：在进化后的 ulp2Δ 500G (Uba2C1625)细胞中，Ubc9 的自 SUMO 化水平显著增加。通过一系列实验发现，Ubc9 自 SUMO 化以 Sir2 非依赖的方式增加 RLS，且对维持细胞 SUMO 结合物水平至关重要，是 ulp2Δ 500G (Uba2C1625)细胞 RLS 延长的必要条件。
- Ubc9 自 SUMO 化影响基因组范围的 SUMO 结合：ChIP-seq 分析表明，Ubc9 自 SUMO 化动态调节与代谢和翻译途径相关的多个基因的染色质 SUMO 化。在缺乏 Ubc9 SUMO 化的细胞中，糖酵解和糖异生基因位点的 SUMO 修饰增强，核糖体蛋白基因的 SUMO 修饰减少，这与 ulp2Δ 500G (Uba2C1625)细胞中基因表达水平的变化密切相关。
- Ubc9 自 SUMO 化影响蛋白质的 SUMO 化：通过亲和纯化和质谱分析发现，Ubc9 自 SUMO 化可改变 SUMO 结合底物，影响参与翻译和能量代谢的蛋白质的 SUMO 化。多个翻译起始和终止因子以及糖酵解和三羧酸（TCA）循环的酶，仅在 Ubc9 能够自 SUMO 化时才可检测到 SUMO 化。
- Ubc9 自 SUMO 化在衰老细胞中增加：研究发现，酿酒酵母衰老时，全球 SUMO 结合物水平大幅增加，Ubc9 自 SUMO 化也显著增加，且其未结合形式大量减少。增强 Ubc9 自 SUMO 化可显著延长 WT 细胞和新生 ulp2Δ 细胞的 RLS，表明 Ubc9 自 SUMO 化是调节寿命和促进长寿的关键因素。
- Ubc9 自 SUMO 化是 CR 延长 RLS 所必需的：在多种生物中，CR 可通过调节 TOR 信号通路延长寿命。研究发现，未经过 CR 的 ulp2Δ 500G (Uba2C1625)细胞表现出类似 CR 的细胞生理和代谢特征变化。抑制 Ubc9 自 SUMO 化会消除 CR 诱导的 RLS 延长，说明 Ubc9 自 SUMO 化参与调节 SUMO 通路的转录和翻译后靶点，创造了一种与 CR 类似的长寿增强状态。
综上所述，研究人员揭示了酵母适应 Ulp2 SUMO 蛋白酶缺失的长期适应机制，发现 Ubc9 自 SUMO 化在其中发挥了关键作用。Ubc9 自 SUMO 化不仅影响能量代谢和蛋白质翻译相关蛋白的 SUMO 化，还通过调节染色质 SUMO 化影响基因表达，进而促进细胞生长和延长细胞寿命。这一发现为理解衰老机制提供了新的视角，同时也为开发模拟 CR 效果的干预措施提供了潜在的靶点。未来，或许可以通过调节 Ubc9 自 SUMO 化水平，开发出新型的抗衰老药物，为延缓衰老和治疗年龄相关疾病带来新的希望 。
