Nat Neurosci | Ribo-seq应用：神经元衰老导致剪接蛋白错位与细胞应激失控

人口快速老龄化，神经退行性疾病如痴呆、帕金森和ALS发病率随年龄增长显著增加，成为重要公共卫生挑战。这些疾病导致神经元功能衰退，症状严重且治疗成本高，严重影响老年人生活质量。

虽然研究学者发现了一些相关生物标志物，但大多数病例无家族史或明确致病突变，且症状多晚发，表明衰老是关键因素。衰老影响神经元多种分子过程，如蛋白质聚集、能量代谢障碍和蛋白错误定位，但这些变化间的相互作用及其对疾病的具体贡献尚不清楚。

以RNA结合蛋白TDP-43为例，虽然其在大多数ALS患者中形成异常聚集，但其错误定位机制及无突变时的聚集过程仍未明了。此外，RNA生物学的失调与衰老神经元的关系也需进一步探索。

作者构建了衰老神经元模型，发现其保留衰老标记。尽管RBP转录水平不变，蛋白水平显著下调，RNA代谢通路受损，而代谢相关通路上调，提示衰老神经元优先支持能量代谢，导致RNA稳态失衡。

研究发现，在转分化的衰老神经元中，多个剪接体蛋白（如TDP-43、PRPF8、SNRNP70等）从细胞核错误定位到胞质，TDP-43并形成异常聚集，而这种现象未在年轻细胞中观察到。

eCLIP数据显示，TDP-43在老化神经元中对内含子的结合显著减少，导致多个关键神经元基因（如AGRN、DNM1、MAPT）发生异常剪接。

小鼠实验证实这种TDP-43错位及功能缺失是衰老相关过程，可能促进神经退行性疾病发生。

转分化的衰老神经元中，剪接体蛋白与典型应激颗粒分离，形成独立异常聚集体。应激颗粒标志蛋白G3BP1和Caprin1在未受刺激状态下异常聚集，显示慢性应激反应。

作者通过Ribo-seq核糖体印迹分析发现，衰老神经元中数千种转录本的翻译效率（TE）下降，但应激颗粒结合的转录本翻译效率无显著变化，说明慢性应激颗粒不直接抑制蛋白质合成。

总体表明，衰老神经元形成慢性应激颗粒，伴随慢性应激但不影响整体翻译。

HSP90α活性下降导致衰老神经元中应激颗粒难以消散，泛素化系统优先处理线粒体蛋白而非应激颗粒蛋白，造成慢性应激颗粒积累。

抑制HSP90α能减少这些颗粒，说明其功能异常加剧了神经元慢性应激。

五. 慢性应激颗粒削弱对急性应激的响应

老化神经元中持续的应激反应削弱了它们对新急性应激的恢复能力。

实验显示，年轻神经元能快速清除应激颗粒并激活热休克蛋白基因，而老化神经元应激颗粒长期滞留，热休克蛋白激活不足，恢复能力差，可能导致老化神经元易损和衰亡。

六. 衰老人脑的RNA生物学失调

团队在老年人脑额叶验证了转分化神经元中的关键衰老表型。

老年脑中线粒体蛋白上调，RNA结合蛋白下降，TDP-43细胞质聚集增加，磷酸化eIF2α升高，G3BP1对3′ UTR的结合增强，均显示分子应激状态。这些现象与细胞模型高度一致，说明模型能真实反映人脑衰老变化。

总结

本研究发现衰老导致神经元RNA结合蛋白减少，剪接蛋白如TDP-43异常定位细胞质，引发剪接紊乱。慢性细胞应激阻碍应激颗粒清除，原因包括泛素化和HSP90α功能失调，导致老年神经元抗逆能力下降。

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