近日，浙江清华长三角研究院全省多维组学与分子酶学重点实验室邓海腾课题组在国际学术期刊《自由基生物学与医学》（Free Radical Biology and Medicine）上发表了题为“TGM2通过抑制自噬驱动小胶质细胞衰老”（TGM2 drives microglial senescence by inhibiting autophagy via the PI3K/AKT/mTORC1 pathway）的研究论文。该研究首次揭示了转谷氨酰胺酶2（TGM2”）通过组装全新信号复合体抑制自噬、驱动小胶质细胞衰老的分子机制，并证明靶向TGM2可有效逆转老龄小鼠的认知和运动功能衰退，为脑老化及神经退行性疾病的干预提供了新的治疗靶点。
小胶质细胞（microglia）是中枢神经系统的固有免疫细胞，在维持脑稳态、清除有毒蛋白聚集体方面发挥重要作用。然而，随着年龄增长，小胶质细胞逐渐进入衰老状态，不仅丧失正常的吞噬清除功能，还通过分泌衰老相关分泌表型（SASP）持续加剧神经炎症，推动神经退行性病变的进展。自噬（autophagy）是细胞降解受损细胞器和蛋白聚集体的核心机制，其功能衰退被认为是细胞衰老的重要驱动因素。在小胶质细胞衰老过程中，究竟是哪些上游分子事件导致了自噬功能障碍，目前仍不清楚。
研究团队首先在衰老小鼠海马组织及依托泊苷（etoposide）诱导的衰老人小胶质细胞系HMC3中，发现TGM2蛋白表达显著上调，且与衰老标志物p53、p21的表达呈正相关。过表达TGM2可促进HMC3细胞衰老，上调SASP因子（IL-6、CXCL1、MMP3和MMP12）的表达，并导致自噬相关蛋白p62积累、LC3-II/LC3-I比值下降，提示自噬通量受阻。为解析TGM2抑制自噬的分子机制，研究人员利用免疫共沉淀联合液相色谱-串联质谱（IP-MS/MS）技术，在TGM2过表达的HMC3细胞中鉴定出TGM2的互作蛋白网络，发现TGM2与14-3-3γ（YWHAG）及PI3K调节亚基p85α形成了一个此前未被报道的三元信号复合体。该复合体通过YWHAG对磷酸化AKT（Ser473）的保护作用，阻止磷酸酶对p-AKT的去磷酸化，从而持续激活mTORC1，进而抑制自噬起始。在衰老HMC3细胞中，p-AKT（S473）和p-mTOR（S2448）水平均显著升高，与上述机制相吻合。
研究团队进一步采用可穿透血脑屏障的TGM2抑制剂盐酸胱胺（cystamine dihydrochloride，CD）进行干预。在细胞水平，CD处理可有效解除TGM2–YWHAG–p85α复合体对自噬的抑制，恢复自噬通量，降低SASP因子分泌及活性氧（ROS）水平。透射电子显微镜（TEM）和LC3双荧光标记实验均证实，CD能够显著改善衰老细胞中异常自噬小体的积累。在体内实验中，研究团队对16月龄C57BL/6J小鼠（雌雄各8只/组）进行为期两个月的CD口服灌胃（200 mg/kg）。Morris水迷宫测试显示，CD处理组小鼠寻找隐藏平台的潜伏期和游泳距离均显著缩短，表明空间学习记忆能力得到改善。转棒实验中，CD处理的雄性小鼠跌落潜伏期显著延长，提示运动耐力和平衡能力增强。在分子水平，CD治疗显著降低了老龄小鼠海马组织中p62蛋白积累，并下调p-mTOR（S2448）和p-AKT（S473）的磷酸化水平，同时减少SASP标志物Mmp3和Il-6的表达，并降低海马组织中ROS含量。研究首次阐明了TGM2通过组装TGM2–YWHAG–p85α信号复合体、持续激活AKT/mTORC1通路、抑制线粒体自噬，从而驱动小胶质细胞衰老的全新分子机制。结合课题组前期发现TGM2通过IκBα交联激活NF-κB驱动SASP的工作，TGM2被确立为协调小胶质细胞衰老程序多个核心环节的分子枢纽。更重要的是，已在临床用于治疗肾病性胱氨酸病的CD被证明可有效靶向该通路，逆转老龄小鼠的认知和运动功能衰退，为靶向TGM2缓解脑老化及神经退行性疾病的临床转化提供了重要依据。
清华长三角研究院全省多维组学与分子酶学重点实验室邓海腾教授为本文责任通讯作者，已出站博士后李志强（目前任职于中国科学院分子细胞科学卓越创新中心）、清华大学博士生唐羽翔和清华大学毕业生张栋源为共同第一作者。本研究得到了浙江省多维组学与分子酶学重点实验室（浙江清华长三角研究院）及相关科研项目的资助。
机制示意图：
Tgm2通过PI3K/AKT/mTORC1
信号通路抑制自噬促进小胶质细胞衰老
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584926008282?via%3Dihub