王曉東實驗室最新發表eLife文章，發現抑制睪丸衰老的新機制
2020-11-28 來源：生物通
程序性細胞死亡指一類由細胞內精細生物化學機制調控的細胞死亡形式。 其中包括細胞凋亡（Apoptosis），凋亡性壞死(Necroptosis)，炎性死亡（Pyroptosis），和鐵死亡（Ferroptosis）等多種死亡類型。Necroptosis最早發現能被腫瘤壞死因子（TNF）通過激活受體結合激酶RIPK1誘導發生，隨後發現RIPK1導致下遊激酶RIPK3的激活。激活的RIPK3磷酸化下遊假激酶MLKL，由此誘導MLKL寡聚化和膜穿孔，造成細胞爆破性死亡。
隨著年齡的升高，男性生殖系統功能退化，生育能力下降，但是其中的分子機理知之甚少。為了研究雄性衰老相關的生殖系統退化機理，尋找有潛力的藥物幹預手段，北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院王曉東實驗室對老年小鼠的睪丸病變進行了研究。
2017年王曉東實驗室在Elife發表論文表明，老年小鼠睪丸的精原幹細胞中能檢測到磷酸化的MLKL，提示老年小鼠睪丸中存在Necroptosis的發生。通過Ripk3和Mlkl基因敲除小鼠與同等年齡野生型衰老小鼠對比，Ripk3和Mlkl敲除老鼠睪丸的衰老病變被顯著抑制，證明Necroptosis通路介導衰老雄性小鼠的睪丸病變。給小鼠飼餵含實驗室自主開發的RIPK1激酶抑制劑的食物，同樣抑制了小鼠睪丸衰老樣病變，提高了衰老雄鼠的生殖能力。因此該研究表明睪丸內生精幹細胞和其支持細胞（Sertoli細胞）通過Necroptosis死亡為哺乳類動物器官特異的衰老通路。這個衰老通路有助於避免由於衰老而損傷的遺傳物質進入種群。
限制哺乳動物衰老相關的疾病研究最大的阻礙是耗時過長。雖然小鼠壽命短，衰老相對更快，但是要看到顯著的衰老相關的睪丸病變要到18個月左右的年齡。更快的睪丸衰老動物模型的建立將大大縮短藥物研發的時間。鑑於實驗室先前研究的提示，如果能篩選到在睪丸中高水平表達的Necroptosis通路負調控蛋白，那麼敲除該蛋白的小鼠睪丸壞死發生會更早，這樣將大大縮短小鼠睪丸衰老樣病變的動物模型建立所需要的時間。
因此實驗室篩選和鑑定了與RIPK3以及MLKL具有相互作用的蛋白。通過免疫共沉澱技術結合質譜鑑定，研究人員發現，一類新的蛋白激酶CSNK家族多個成員均與RIPK3具有相互作用。其中CSNK1D1,CSNK1E和CSNK1G2與RIPK3共表達均能抑制RIPK3的磷酸化激活，並且CSNK1G2在睪丸中高表達並與RIPK3形成複合體。因此研究人員利用小鼠遺傳學的方法對CSNK1G2抑制RIPK3和MLKL介導的Necroptosis通路進行了研究。
研究人員首先發現在睪丸原代細胞中敲除CSNK1G2後Necroptosis發生更快，表明CSNK1G2是Necroptosis通路的潛在的負調控蛋白。CSNK1G2通過其激酶活性自磷酸化第211位絲氨酸和第215位蘇氨酸來結合RIPK3蛋白，CSNK1G2與RIPK3的結合抑制了RIPK3的磷酸化激活進而抑制Necroptosis。
基於以上結果，研究人員對小鼠衰老相關的睪丸壞死過程進行了研究。發現與同窩的野生型小鼠需要到18個月才能出現顯著的睪丸衰老表型相比，Csnk1g2基因敲除的小鼠在12個月即出現顯著的睪丸衰老症狀，包括：睪丸重量和體積減少，但是精囊腺腫脹增重，超過30%的生精小管虛空，這些症狀導致產仔能力喪失。與同等年齡同窩出生的幼仔相比，Csnk1g2基因敲除的小鼠生精小管上出現明顯的磷酸化MLKL累積，表明Necroptosis的發生。在Csnk1g2基因敲除的背景上進一步敲除Ripk3完全抑制了Csnk1g2敲除導致的12月齡小鼠睪丸衰老的發生。飼餵含RIPK1激酶抑制劑的食物也同樣抑制了Csnk1g2敲除導致的小鼠睪丸早衰表型。
研究人員同時發現CSNK1G2蛋白在人的睪丸樣本中也有表達。磷酸化MLKL信號在老年人的睪丸樣本中有明顯的信號但在年輕人的睪丸樣本中缺失，說明這個生殖系統衰老通路在人和鼠中是保守的。
以上研究進一步證實了Necroptosis通路為生殖系統器官程序性衰老的生化程序。對此系統的近一步研究對理解衰老的生理過程與意義都有有益的提示。
王曉東實驗室博士後李典鎔與艾有為是本文的共同第一作者。王曉東實驗室博士後沈志榮對該研究有重要貢獻。論文的其他作者還包括王曉東實驗室郭佳，陳涉實驗室李琳，蔡改紅，陳涉，王鳳超實驗室徐丹，王鳳超，上海仁濟醫院董白俊。王曉東博士為本文通訊作者。艾有為獲全國博士後創新人才支持計劃支持。該研究由科技部和北京市政府資助，在北京生命科學研究所完成。
原文連結：https://elifesciences.org/articles/61564
來源：NIBS
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