重磅发现！降糖药格列本脲靶向 MDH2，开启抗衰新征程

为解决衰老干预靶点及小分子化合物抗衰机制问题，华东理工大学等单位研究人员开展针对 MDH2 与衰老关系的研究。发现 Gli 可靶向 MDH2 缓解衰老表型。这为抗衰药物研发提供新方向，强烈推荐科研读者阅读。

　　

在生命的长河中，衰老就像一个无法避免的 “关卡”，它不仅伴随着身体机能的衰退，还与各种老年疾病紧密相连，如癌症、心血管疾病以及器官功能障碍等。从细胞层面来看，衰老的细胞会在体内不断积累，这不仅影响了细胞的正常功能，还会引发一系列的炎症反应，就像一群 “捣乱分子”，破坏了身体内环境的稳定。而在衰老的众多机制中，线粒体代谢和表观遗传修饰之间的关系备受关注，它们之间复杂的相互作用就像一个神秘的 “黑匣子”，隐藏着衰老的秘密。

一直以来，科学家们都在努力寻找能够干预衰老过程的有效方法，希望能为人类的健康长寿 “保驾护航”。虽然针对衰老相关的组蛋白甲基化变化进行干预，有望缓解衰老表型，带来治疗上的益处，但目前开发出的能够精准靶向甲基转移酶和去甲基酶的小分子却寥寥无几。这主要是因为这些酶的结构非常相似，就像一群 “孪生兄弟”，让科学家们很难区分并找到精准作用于它们的小分子。因此，通过代谢 - 表观遗传回路来调节组蛋白甲基化，成为了一种备受期待的替代策略。不过，对于小分子化合物能否通过靶向代谢过程中的酶，进而通过代谢 - 表观遗传调控来缓解衰老表型，目前还知之甚少。

在这样的背景下，华东理工大学、海南大学等单位的研究人员踏上了探索衰老奥秘的征程。他们在《Signal Transduction and Targeted Therapy》期刊上发表了题为 “Glibenclamide targets MDH2 to relieve aging phenotypes through metabolism - regulated epigenetic modification” 的论文。研究发现，线粒体苹果酸脱氢酶（MDH2，参与三羧酸循环的一种酶）可以作为衰老干预的潜在靶点，而经典的降糖药物格列本脲（Glibenclamide，Gli）能够通过抑制 MDH2 的活性，缓解衰老表型。这一发现不仅为衰老干预提供了新的靶点和潜在药物，还揭示了代谢与表观遗传修饰在衰老过程中复杂而紧密的联系，为抗衰领域带来了新的曙光。

为了深入探究这一复杂的机制，研究人员运用了多种关键技术方法。他们采用基于活性的蛋白质谱（ABPP）技术，就像给蛋白质贴上了 “追踪器”，来寻找潜在的抗衰靶点；利用靶向代谢组学技术，分析细胞代谢物的变化，从而了解细胞代谢途径的动态变化；通过染色质免疫沉淀测序（CUT&TAG - qPCR）等技术，检测组蛋白甲基化水平，探索表观遗传修饰的奥秘。这些技术的巧妙结合，为研究人员打开了一扇扇通往衰老机制深处的大门。

下面，让我们一起来看看研究人员通过这些技术都取得了哪些重要的研究结果吧。

MDH2 调节细胞衰老

研究人员首先利用基于之前报道的抗衰化合物氯丙酰胺（Chl）设计的化学探针（Chl - P），通过 ABPP 技术发现 MDH2 可能是磺脲类化合物潜在的抗衰靶点。为了验证这一发现，他们进行了一系列实验。在多柔比星（Dox）诱导衰老的人胚肺成纤维细胞（MRC - 5 细胞）和复制性衰老的小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中，研究人员通过免疫印迹实验发现，MDH2 水平与细胞衰老呈正相关。随着细胞传代次数的增加，MDH2 表达的增加甚至先于衰老标记物的上调，这就像一场赛跑，MDH2 率先 “起跑”，似乎在为细胞衰老 “打前阵”。

为了进一步确定 MDH2 与细胞衰老的关系，研究人员构建了 MDH2 敲低（sh - Mdh2）和过表达（OE - Mdh2）的 MEFs 细胞系。结果发现，sh - Mdh2 MEFs 细胞中衰老相关的 β - 半乳糖苷酶（SA - β - gal）阳性率降低，表达减少；而 OE - Mdh2 MEFs 细胞中 SA - β - gal 阳性率升高，表达增加。这些结果清楚地表明，MDH2 在体外培养的成纤维细胞衰老过程中起着关键的调节作用。

Gli 抑制 MDH2 并延缓细胞衰老和小鼠衰老

接下来，研究人员测试了多种磺脲类化合物对 MDH2 的影响。他们发现，在包括 Chl、Gli、甲苯磺丁脲（Tolb）、格列齐特（Glic）和格列吡嗪（Glip）等在内的化合物中，Gli 对 MDH2 的抑制率最高。为了验证 Gli 与 MDH2 之间的相互作用，研究人员合成了化学探针（Gli - P）。实验结果显示，Gli - P 能够与 MDH2 直接相互作用，并且 Gli 在缓解 Dox 诱导的衰老细胞的 SA - β - gal 染色方面，效果比 Chl 更好。这表明，MDH2 活性的抑制率可能决定了缓解细胞衰老效果的强弱。

在细胞实验中，研究人员还发现，Gli 不仅能降低 Dox 诱导的衰老 MRC - 5 细胞中的水平，还能减少衰老相关分泌表型（SASP，包括细胞因子、趋化因子、生长因子和基质金属蛋白酶等，这些物质由衰老细胞产生，会驱动周围细胞的二次衰老和慢性炎症）相关因子的分泌，如基质金属蛋白酶 1（MMP1）、白细胞介素 6（IL - 6）和白细胞介素 1β（IL - 1β）。此外，Gli 处理还能降低复制性衰老 MEFs 细胞中的 SA - β - gal 阳性率、水平和 γH2AX 水平，这意味着 Gli 能够延缓 Dox 诱导的细胞衰老和复制性衰老，减少细胞衰老过程中伴随的 DNA 损伤积累。

在体内实验中，研究人员给 12 月龄的小鼠每天灌胃 10mg/kg 的 Gli、500mg/kg 的烟酰胺单核苷酸（NMN）或溶剂对照，直到小鼠死亡。结果令人惊喜，Gli 处理的小鼠毛色和皮毛状况更好，寿命显著延长，晚年的虚弱指数也降低了。这充分证实了 Gli 作为 MDH2 抑制剂，在体内具有显著的抗衰作用。

Gli 缓解细胞衰老依赖于 MDH2

那么，Gli 缓解细胞衰老的作用是否依赖于 MDH2 呢？为了回答这个问题，研究人员构建了 sh - Mdh2 MRC - 5 细胞和 sh - Mdh2 MEFs 细胞系。在复制性衰老的 MRC - 5 细胞中，sh - Mdh2 显著降低了 SA - β - gal 阳性率，并且消除了 Chl 和 Gli 的作用；在 OE - Mdh2 MEFs 细胞中，Gli 降低表达和 SA - β - gal 阳性率的效果与在 OE - NC（阴性对照）MEFs 细胞中相同。这些结果有力地证明了 Gli 延缓细胞衰老的作用是依赖于 MDH2 的。

Gli 通过抑制 MDH2 调节中央碳代谢

研究人员发现，Gli 处理细胞后，线粒体活性氧（mtROS）水平升高，这与之前报道的 MDH2 抑制剂的作用一致，表明抑制 MDH2 会导致 mtROS 上调。通过使用超灵敏荧光传感器 FiLa 检测亚细胞乳酸水平，研究人员发现，MDH2 的抑制剂会导致三羧酸循环（TCA cycle）受到抑制，从而诱导有氧糖酵解，细胞内乳酸水平升高。

研究人员还利用靶向代谢组学分析了 Gli 处理 2 小时和 24 小时后细胞代谢物的变化。结果发现，Gli 处理 2 小时后，差异代谢物主要涉及 “癌症中的中央碳代谢” 和 “蛋白质消化与吸收” 过程，糖酵解中间产物下调，TCA 循环中间产物和 20 种氨基酸上调；处理 24 小时后，只有 “柠檬酸循环（TCA 循环）” 和 “癌症中的中央碳代谢” 途径中的代谢物发生富集，糖酵解中间产物和 18 种氨基酸水平恢复，而 TCA 循环中间产物仍保持上调。这表明 Gli 直接作用于 TCA 循环，并且在长期处理过程中，其他代谢途径的变化可以得到补偿。

进一步研究发现，在敲低 Mdh2 表达的细胞中，Gli 对中央碳代谢相关代谢物的调节作用消失，这充分证明了 Gli 通过抑制 MDH2 来调节中央碳代谢。

MDH2 抑制调节 SAH 代谢和组蛋白甲基化

在靶向代谢组学分析中，研究人员发现了一些受 Gli 调节且依赖于 MDH2 的差异代谢物。他们选择了 11 种容易获得的代谢物添加到 MEFs 细胞中，结果发现补充 S - 腺苷同型半胱氨酸（SAH）最能显著降低的表达。有趣的是，补充 SAH 后，细胞内 SAH 水平降低，S - 腺苷甲硫氨酸（SAM，一种通用的甲基供体）水平升高，这与 Gli 处理后的代谢变化一致。这表明 MDH2 抑制增强了甲硫氨酸循环通量，促进了 SAH 水解为同型半胱氨酸，并利用甲硫氨酸合成 SAM。

研究人员还发现，Gli 处理或补充 SAH 会上调细胞内 SAM/SAH 比值，这表明细胞的甲基化潜力增强。进一步检测组蛋白甲基化水平发现，Gli 处理 1 天后，H3K27me3 水平上调，而 H3K4me3 和 H3K9me3 水平不受影响；处理 5 天后，H3K4 和 H3K27 的三甲基化水平均增加。通过 CUT&TAG - qPCR 检测发现，5 天的 Gli 处理会增加位点上 H3K4me3 和 H3K27me3 的三甲基化水平，这表明 MDH2 抑制增强的甲基化潜力影响了位点的可及性。

在丝裂霉素（MMC）诱导衰老的大鼠近端肾小管上皮细胞（NRK - 52E）中，Gli 显著降低了 SA - β - gal 阳性率，而上调了 H3K4me3 和 H3K27me3 水平；SAH 仅诱导了 H3K4 的三甲基化。这表明在 MDH2 抑制下，H3K27me3 是延缓细胞衰老的关键甲基化位点。

MDH2 抑制延缓肝脏衰老并在体内上调 H3K27me3

为了探究 Gli 在体内的作用是否依赖于 MDH2，研究人员通过尾静脉注射腺相关病毒（AAV）构建了肝脏特异性敲低 Mdh2 的小鼠模型。他们发现，在 20.5 月龄的自然衰老小鼠中，血清天冬氨酸转氨酶（AST）水平显著升高，而 Gli 处理和肝脏特异性敲低 Mdh2 能够显著降低 AST 水平，且不影响丙氨酸转氨酶（ALT）水平，这表明 MDH2 抑制或敲低可以逆转与年龄相关的 AST 升高，且不会造成肝脏损伤。同时，Gli 处理和敲低 Mdh2 均未显著改变小鼠的糖化血红蛋白（HbA1c）水平和胰岛素水平，这说明在 MDH2 抑制或敲低的情况下，小鼠的葡萄糖代谢稳态能够得到维持。

在肝脏衰老相关指标检测中，Gli 和敲低 Mdh2 显著降低了 20.5 月龄小鼠肝脏中的水平，且敲低 Mdh2 会消除 Gli 的作用；敲低 Mdh2 还减少了肝脏纤维化面积，这表明 MDH2 抑制能够延缓肝脏衰老。此外，研究人员还发现，敲低 Mdh2 对肝脏中 H3K4me3 水平影响较小，但显著上调了 H3K27me3 水平，这进一步支持了 MDH2 抑制通过重塑组蛋白甲基化来缓解衰老表型的观点。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：抑制 MDH2（通过 Gli 或 sh - Mdh2）会干扰 TCA 循环，增强甲硫氨酸循环通量，诱导 H3K27me3 的甲基化修饰，从而通过代谢 - 表观遗传调控缓解细胞衰老和组织衰老。这一发现具有重要的意义，它不仅为衰老干预提供了一个新的潜在靶点 MDH2，还揭示了代谢与表观遗传修饰之间复杂的相互作用机制。格列本脲作为 MDH2 的小分子抑制剂，展现出了作为抗衰药物先导化合物的潜力，未来可以通过对其进行结构修饰，优化其抑制活性和药代动力学性质，开发出更有效的抗衰药物，为延缓衰老、预防和治疗与衰老相关的疾病带来新的希望。不过，研究人员也指出，虽然 MDH2 抑制在抗衰方面展现出了潜力，但长期抑制 MDH2 可能会对胰岛素分泌能力、胰岛素敏感性以及能量代谢产生影响，因此在将相关研究成果应用于临床之前，还需要进一步深入研究其安全性和有效性。