解析哺乳动物长寿关联乙酰化组：解锁衰老密码的新钥匙

随着人类寿命延长，衰老相关疾病增多，探究健康衰老机制迫在眉睫。研究人员开发 PHARAOH 工具，分析 107 种哺乳动物的乙酰化组和蛋白质组数据，发现长寿相关乙酰化位点，明确其参与的通路。这为揭示衰老机制、开发抗衰疗法提供新方向。

　　在过去的一个世纪里，人类的平均寿命显著增加，老年人口在社会中的占比也越来越高。但与此同时，与年龄相关的疾病也在呈指数级增长。这些疾病不仅给老年人的生活质量带来了极大的影响，也给社会医疗体系带来了沉重的负担。为了找到延长人类健康寿命的新方法，科学家们一直在深入探索健康衰老的潜在机制。在这个探索过程中，研究长寿动物的进化发展成为了一个极具吸引力的方向，因为这些动物身上可能隐藏着健康衰老的奥秘。

尽管科学家们已经在基因组、转录组和代谢组等层面开展了大量研究，但对于调节寿命的潜在机制，仍然没有完全理解。在众多可能影响寿命的因素中，蛋白质的翻译后修饰逐渐受到关注。其中，蛋白质乙酰化作为一种重要的翻译后修饰方式，被认为可能在寿命调节中发挥着关键作用。然而，此前并没有深入的研究来探究可逆蛋白质翻译后修饰（PTMs）在寿命调节中的具体作用，尤其是哪些蛋白质或通路通过乙酰化直接调节衰老，仍然是一个未解之谜。

为了揭开这个谜团，来自以色列 Bar-Ilan 大学等机构的研究人员开展了一项深入研究。他们开发了一种名为 Post-translational modificAtions Regulator Of Healthspan（PHARAOH）的计算工具，并利用该工具分析了 107 种哺乳动物的乙酰化组和蛋白质组数据。研究发现，在短寿命哺乳动物和长寿命哺乳动物之间，存在一些与寿命显著相关的乙酰化位点变化。例如，在短寿命哺乳动物中某些乙酰化的赖氨酸（K）位点，在长寿命哺乳动物中会被替换为谷氨酰胺（Q）或精氨酸（R），分别模拟永久乙酰化或去乙酰化状态；反之亦然。通过对这些位点的分析，研究人员确定了许多与衰老相关的通路，包括线粒体翻译、细胞周期、脂肪酸氧化、转硫作用、DNA 修复等。

这项研究成果发表在《Nature Communications》上，具有重要的意义。它首次系统地揭示了蛋白质乙酰化与哺乳动物寿命之间的联系，为理解衰老过程提供了新的视角，也为开发潜在的抗衰老疗法提供了理论基础。

在研究过程中，研究人员使用了多种关键技术方法。首先，通过液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）技术分析小鼠肝脏的赖氨酸乙酰化组。其次，利用 OrthoFinder 工具计算 107 种哺乳动物中与小鼠或人类蛋白质的直系同源物，并构建系统发育树。此外，运用 PHARAOH 工具进行统计分析，确定与寿命相关的乙酰化位点。最后，通过细胞实验，如在 HEK293T 和 HCT116 细胞系中进行转染、免疫沉淀和蛋白质印迹等实验，验证相关位点的功能。

下面详细介绍研究结果：

• 识别与长寿相关的乙酰化位点：研究人员利用 PHARAOH 工具，通过比较 107 种哺乳动物蛋白质组中乙酰化位点的保守性及其与寿命的相关性，来寻找调节寿命的特定赖氨酸乙酰化位点。他们创建了小鼠和人类的全局乙酰化组数据集，并结合直系同源蛋白质数据集、系统发育树以及最大寿命数据集进行分析。结果发现，在小鼠和人类中分别有 482 个和 695 个与寿命显著相关的乙酰化赖氨酸残基。
• 长寿相关乙酰化位点的 R/Q 转换：对小鼠和人类乙酰化组中乙酰化位点与直系同源数据集的比较分析显示，有 321 个赖氨酸到精氨酸（K-to-R）和 161 个赖氨酸到谷氨酰胺（K-to-Q）的替换与较长寿命显著相关。通过对这些替换位点的通路分析发现，K-to-R 位点的变化主要与蛋白质翻译、折叠以及多种代谢通路相关；K-to-Q 位点则与细胞色素 p450、过氧化物酶体、线粒体翻译等通路有关。此外，还发现这些位点的转换在进化过程中是逐渐发生的。
• CBS K386R 增强其促长寿活性：胱硫醚 β 合酶（CBS）是转硫途径中的关键酶，其 K386 位点在小鼠中是乙酰化的，而在长寿命哺乳动物中被替换为精氨酸（R）。研究发现，具有 K386R 替换的哺乳动物平均寿命显著高于 K386 位点保守的动物。通过在 HEK293T 细胞中过表达不同形式的 CBS，研究人员发现 K386R 替换能够显著提高 CBS 的 H₂S 生成能力，这表明长寿命动物中 CBS K386 的组成性去乙酰化促进了 H₂S 的产生，可能有助于延长寿命。
• 长寿命动物获得的乙酰化组：在进化过程中，长寿命哺乳动物会获得新的乙酰化位点，即短寿命动物中的 R 和 Q 残基在长寿命哺乳动物中被乙酰化的 K 残基所取代（R-to-K 和 Q-to-K）。研究人员利用 PHARAOH 工具在人类乙酰化组数据中识别出 495 个 R-to-K 和 150 个 Q-to-K 位点与较长寿命显著相关。对这些位点的分析发现，它们参与了许多衰老相关通路，如染色体组织、细胞周期、DNA 修复等。
• USP10 K714 乙酰化控制 PCNA 稳定性：泛素特异性肽酶 10（USP10）是 DNA 修复途径中的一种蛋白质，其 K714 位点的乙酰化在长寿命动物中发生变化。在短寿命哺乳动物中，该位点是 R，而在人类中是 K714。研究发现，USP10 能够催化水解反应，去除增殖细胞核抗原（PCNA）上的共轭泛素，从而稳定 PCNA。在 HCT116 细胞中过表达不同形式的 USP10 的实验表明，K714Q 突变体能够显著提高 PCNA 的蛋白质水平，而 K714R 突变体则导致 PCNA 水平降低。这表明 USP10 K714 的乙酰化状态在调节 PCNA 稳定性方面起着重要作用，可能有助于降低长寿命动物的癌症发生率，从而促进长寿。

在讨论部分，研究人员指出，他们通过 PHARAOH 工具识别出的长寿相关乙酰化位点，为理解蛋白质乙酰化在寿命调节中的作用提供了重要线索。这些位点不仅分布在各种细胞组分中，还富集在许多衰老相关通路中，揭示了蛋白质乙酰化在调节寿命方面的新机制，即通过促进 H₂S 产生和参与 DNA 修复等过程来延长寿命。

此外，研究还发现，与短寿命哺乳动物相比，长寿命哺乳动物中与 DNA 修复和细胞周期相关的蛋白质获得了新的乙酰化位点，这可能是长寿命动物避免癌症的一种机制。同时，线粒体蛋白质在 K-to-R/Q 替换中显著富集，这可能与线粒体蛋白质乙酰化的特点以及长寿命动物维持能量生产的需求有关。

总的来说，这项研究通过对哺乳动物长寿关联乙酰化组的深入分析，揭示了蛋白质乙酰化与寿命之间的紧密联系，为进一步理解衰老机制和开发潜在的抗衰老疗法提供了重要的理论依据。未来的研究可以在此基础上，进一步探索这些乙酰化位点的具体调控机制，以及如何通过干预这些位点来实现健康寿命的延长。