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在生物体内，多胺代谢平衡对维持细胞正常功能至关重要。为探究 NF-E2 相关因子 1（NRF1）对多胺代谢的调控机制，研究人员以小鼠和细胞为模型展开研究。结果发现 NRF1 可抑制精胺氧化酶（SMOX）表达，NRF1 下调会导致多胺代谢失衡并产生丙烯醛。该研究为预防相关疾病提供理论依据。
在生命的微观世界里，细胞时刻进行着复杂而有序的代谢活动，多胺（如腐胺、亚精胺和精胺）作为细胞内重要的小分子代谢物，对蛋白质和核酸合成、细胞分裂等过程起着关键作用。正常情况下，它们的比例保持稳定，但在面对压力时，这种平衡就会被打破。例如，精胺在特定条件下会转化为亚精胺，并产生极具活性的丙烯醛和过氧化氢。丙烯醛的 “破坏力” 不容小觑，它诱导 DNA 损伤和蛋白质变性的能力比活性氧高出 1000 倍，可引发一系列细胞问题，与多种疾病的发生发展密切相关，像神经退行性疾病、中风等。然而，目前维持多胺水平的药物和分子生物学方法却十分匮乏。
为了深入了解多胺代谢的调控机制，来自日本佐贺大学（Laboratory of Biochemistry, Faculty of Agriculture, Saga University）、鹿儿岛大学（The United Graduate School of Agricultural Sciences, Kagoshima University）和城西大学（Faculty of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Josai University）的研究人员展开了一系列研究。他们发现，NF-E2 p45-related factor 1（NRF1）这一转录因子在多胺代谢中起着关键的调控作用。NRF1 通常能抑制精胺氧化酶（SMOX）的表达，当 NRF1 下调时，SMOX 上调，多胺代谢途径改变，会产生低分子量多胺和丙烯醛。这一发现为预防和治疗因多胺代谢失衡引发的疾病提供了重要的理论依据，若能通过调控 NRF1 或 SMOX 来维持多胺代谢平衡，或许能有效预防相关疾病的发生和发展。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，构建了化学诱导的肝脏特异性 Nrf1 基因敲除小鼠模型，通过给予 3 - 甲基胆蒽（3-MC）诱导 CYP1A1-Cre，实现 Nrf1 基因在肝脏中的敲除；其次，利用高效液相色谱（HPLC）测定小鼠肝脏中的多胺含量；然后，运用免疫印迹（immunoblotting）和定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）检测多胺代谢酶的 mRNA 表达和蛋白质水平；此外，通过染色质免疫沉淀（ChIP）分析和荧光素酶报告基因实验，确定 NRF1 与 Smox 基因的结合及对其转录的调控作用 。
研究结果
- NRF1 敲除小鼠多胺含量改变：研究人员获取了不同处理组的小鼠，包括对照组（Nrf1F/F+Vehicle（Cont）、Nrf1F/F+3MC(3MC)、NrflF/F::1A1?Cre+Vehicle (FL)）和 NRF1 敲除组（Nrf1F/F::1A1?Cre+3MC （N1KO））。通过 HPLC 测定发现，N1KO 小鼠肝脏中腐胺（Put）和亚精胺（Spd）水平升高，精胺（Spm）水平降低，短链多胺组成增加，Spm 向 Spd 的降解途径加速，进而诱导产生游离丙烯醛12。
- N1KO 中长链多胺通过 SMOX 途径降解占主导：对多胺代谢酶的 mRNA 表达和蛋白质水平进行检测，发现 N1KO 小鼠肝脏中 Spms 和 PAO 的 mRNA 水平显著降低，而 Smox 的 mRNA 和 SMOX 蛋白质水平显著上调。这表明在 N1KO 小鼠中，Spm 向 Spd 的降解加速，多胺氧化途径中 SMOX 主导的降解系统增加了短链多胺的含量，并特异性合成了游离丙烯醛3。
- 小鼠肝脏中 NRF1 急性诱导缺失导致游离丙烯醛和丙烯醛结合蛋白积累：基于代谢酶的表达模式，研究人员推测 SMOX 蛋白水平的异位增加导致 N1KO 小鼠中游离丙烯醛合成增加。免疫印迹分析显示，N1KO 小鼠中丙烯醛结合蛋白（AcPro）显著积累，且 N1KO 小鼠肝脏中游离丙烯醛荧光强度比其他三组对照小鼠高出两倍，证实了 NRF1 下调会导致体内游离丙烯醛积累和 AcPro 加合物增加45。
- NRF1 直接调节 Smox 的反式激活：通过 ChIP 分析和荧光素酶报告基因实验，研究人员发现 NRF1 可直接结合到 Smox 基因上游的调控位点 3，有效抑制 Smox 的表达。而对 Spms 和 Pao 基因的研究表明，NRF1 并不直接调控它们的反式激活67。
- Nrf1 敲低导致体外 SMOX 蛋白增加和丙烯醛积累：在 Hepa1c1c7 细胞中利用 shRNA 表达系统敲低 Nrf1，结果显示与对照 LacZ shRNA 转染组相比，Nrf1 shRNA 转染组的 SMOX 蛋白和游离丙烯醛显著增加，支持了游离丙烯醛积累与 NRF1 下调导致 SMOX 异位上调相关的假设89。
- Smox 过表达导致体外丙烯醛积累：在 Smox 过表达的条件下，对游离丙烯醛和 AcPro 水平进行分析，发现游离丙烯醛在 Smox 过表达载体转染组中显著增加，且免疫印迹分析显示 AcPro 呈剂量依赖性积累，表明游离丙烯醛和 AcPro 的积累与 Smox 异位表达直接相关1011。
- Smox 敲低减少体外丙烯醛生成：在野生型（WT）和 N1KO 小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中进行 Smox siRNA 转染，结果显示，与对照 siRNA 转染组相比，Smox 敲低的 WT-MEF 和 N1KO-MEF 细胞中 SMOX 蛋白水平显著降低，WT-MEF 细胞中 AcPro 和游离丙烯醛水平显著下调，N1KO-MEF 细胞中游离丙烯醛水平也显著下调，但 AcPro 水平变化不明显，说明 Smox 表达水平与 AcPro 和游离丙烯醛积累直接相关1213。
研究结论与讨论
本研究证实，NRF1 通常抑制 SMOX 表达，NRF1 下调会使多胺代谢转向生成低分子量多胺，该降解途径会产生丙烯醛，进而攻击蛋白质、DNA 和脂质等大分子。这揭示了多胺代谢与细胞应激之间的重要联系，为深入理解相关疾病的发病机制提供了新的视角。
研究还发现，丙烯醛作为多胺降解的产物，其合成和解毒途径此前尚未得到充分研究。它可直接修饰核酸和蛋白质，引发 DNA 损伤、内质网应激、炎症和线粒体功能障碍等一系列问题，最终导致体内组织损伤。在衰老过程中，SMOX 和 PAO 的上调与丙烯醛相关生物标志物 FDP-Lys 的增加有关，因此，建立 SMOX 抑制策略对预防衰老过程中未折叠蛋白积累和慢性炎症至关重要。
此外，虽然已有研究表明长期摄入亚精胺可维持多胺水平，对健康有益，但目前的 SMOX 抑制剂 MDL72527 存在对 PAO 亲和力过高的问题。开发特异性抑制 SMOX 而不抑制 PAO 的小分子，有望为治疗因 SMOX 异位过表达导致的细胞内丙烯醛积累相关疾病提供新的思路和方法。本研究聚焦于细胞内丙烯醛的产生，揭示了多胺降解过程是其主要来源，这为预防和治疗相关疾病开辟了新方向，未来还需进一步开展验证实验，以深入了解这些疾病的病理机制 。
