神经元衰老导致剪接蛋白错误定位与细胞应激失控的分子机制研究

研究人员针对衰老神经元RNA代谢紊乱的分子机制展开研究，通过直接转分化技术构建保留衰老特征的人源神经元模型，结合多组学分析发现衰老导致剪接体组分（如TDP-43）胞质错误定位，引发广泛可变剪接异常。关键发现应激颗粒（stress granules）因HSP90α伴侣活性缺陷形成慢性聚集体，削弱神经元应对急性应激的能力。该研究为理解衰老相关神经退行性疾病（ALS/AD）提供了新视角。

　　

随着全球人口老龄化加剧，神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症）已成为重大公共卫生挑战。尽管已知衰老是主要风险因素，但神经元随年龄增长发生功能衰退的分子机制尚不明确。尤其令人困惑的是，RNA结合蛋白（RBP）如TDP-43在95%的ALS患者中形成胞质聚集体，但其在正常衰老过程中的动态变化鲜有研究。

为突破这一瓶颈，加州大学圣地亚哥分校Gene W. Yeo团队创新性地采用直接转分化技术，将老年供体来源的成纤维细胞转化为保留衰老标记的神经元（Tdiff神经元），并联合iPSC衍生神经元（iPSC-diff）构建等基因对照模型。通过DNA甲基化年龄检测（bisulfite sequencing）证实Tdiff神经元成功保留了供体的表观遗传年龄特征，而iPSC-diff神经元则重置为胎儿样模式。这项突破性研究于2025年6月发表于《Nature Neuroscience》，首次系统揭示了衰老神经元中RNA代谢紊乱的级联反应。

研究主要运用了五项关键技术：1）基于UbC-rtTA-Ngn2/Ascl1的转分化体系构建衰老神经元模型；2）全蛋白质组质谱分析RBP表达谱；3）增强型紫外交联免疫沉淀（eCLIP）解析TDP-43和G3BP1的RNA结合特征；4）超分辨显微成像（Airyscan）观察蛋白质亚细胞定位；5）小鼠（1.5-24月龄）和人脑（30-90岁队列）组织的正交验证。

RBPs在衰老神经元中普遍下调
全蛋白质组分析显示，与iPSC-diff神经元相比，Tdiff神经元中超过4,000种蛋白表达异常，其中剪接体组分和RNA转运通路蛋白显著耗竭。有趣的是，RBP的mRNA水平未受影响，提示存在翻译后调控机制。氧化磷酸化相关蛋白则呈现"高蛋白/正常转录"的特殊模式，暗示衰老神经元可能优先维持能量代谢而牺牲RNA稳态。

剪接体蛋白在衰老神经元中错误定位
免疫荧光显示核心剪接体成分（SNRNP70、PRPF8）及ALS相关蛋白TDP-43在Tdiff神经元中发生核质转位。超分辨显微技术捕捉到TDP-43在胞质形成异常聚集体，与应激颗粒标志物G3BP1空间分离。互作蛋白质组（AP-MS）进一步揭示，衰老神经元中TDP-43与剪接体蛋白结合增强，而与应激颗粒组分（如Caprin1）互作减弱。eCLIP证实核TDP-43缺失导致STMN2和UNC13A等ALS相关基因的隐性剪接位点结合减少，引发神经元骨架蛋白（如AGRN）外显子异常跳跃。

衰老神经元形成慢性应激颗粒
不同于短暂存在的经典应激颗粒，Tdiff神经元基线状态下即存在G3BP1组成的畸形聚集体，并伴随eIF2α持续磷酸化。eCLIP显示这些"慢性应激颗粒"特异性结合神经元转录本3'UTR区域。令人意外的是，核糖体图谱（Ribo-seq）发现这些mRNA的翻译效率未受显著影响，提示其功能不同于急性应激颗粒。

HSP90α活性障碍阻碍应激颗粒分解
蛋白质组学发现衰老神经元中HSP90α从应激颗粒中解离，转而富集于线粒体蛋白。泛素化分析（TUBE-MS）显示G3BP1关键泛素化修饰缺失，而氧化磷酸化蛋白泛素化过度。机制上，HSP90α抑制剂ganetespib处理可显著减少慢性应激颗粒，证实其ATP酶活性障碍是维持因素。

慢性应激损害神经元应激应答
在急性砷酸盐刺激后，iPSC-diff神经元2小时内分解50%应激颗粒，而Tdiff神经元24小时后仍保留聚集体。转录组分析发现衰老神经元无法激活HSP70/HSP90等分子伴侣，且在应激后出现STMN2隐性外显子异常表达。

该研究首次在人类衰老大脑（80-90岁队列）中验证了上述发现：前额叶皮层显示TDP-43胞质聚集、RBP普遍下调和eIF2α磷酸化升高。这些证据共同描绘了衰老神经元的分子危机：剪接体紊乱与慢性应激形成恶性循环，最终导致TDP-43稳态崩溃。这一发现不仅解释了为何衰老是神经退行性疾病的最大风险因素，更为开发靶向HSP90α或应激颗粒动态调控的干预策略提供了理论依据。研究建立的转分化模型也为在人类细胞背景下研究衰老相关病理提供了重要平台。