PRDM16通过上调GSTM1减轻细胞衰老：抗衰老治疗新靶点的发现与机制研究

本研究发现PRDM16（PR结构域蛋白家族成员）在衰老器官和衰老细胞中显著下调，其缺失会加速多器官衰老及相关疾病。机制上，PRDM16通过结合GSTM1启动子区域上调其转录，增强谷胱甘肽代谢，抑制氧化DNA损伤，从而延缓细胞衰老。该研究为抗衰老治疗提供了新的潜在靶点。

PRDM16在衰老器官和衰老细胞中的表达下调

研究团队通过分析年轻（2月龄）与老年（24月龄）小鼠的多器官样本，发现PRDM16 mRNA水平在肾脏、心脏、肺和胃中均显著降低。在人类肾脏皮质转录组数据（NephroSeq数据库）中，PRDM16表达与年龄呈负相关。类似趋势也见于心脏、脑 hippocampus、肺和胃组织（基于ADEIP平台数据），但肝脏中未观察到这一现象。免疫组化和Western blot结果进一步证实，PRDM16蛋白在老年小鼠肾脏中表达减少。在体外，通过X射线照射、D-半乳糖（D-gal）、博来霉素（BLM）和阿霉素（DOX）处理诱导人肾小管上皮细胞（HK-2）、支气管上皮细胞（Beas-2B）和心肌细胞（H9C2）衰老后，PRDM16的mRNA和蛋白水平均下降。

Prdm16基因缺失促进多器官细胞衰老

研究构建了Prdm16全身性敲除（KO）小鼠。3周龄KO小鼠多个器官（包括肾脏、心脏、肺、海马体、胃和肠道）中衰老标志物（如Cdkn1a、Cdkn2a、Tp53）和衰老相关分泌表型（SASP）相关基因（如Il6、Il1b、Tnf、Tgfb1）表达上调。9月龄KO小鼠血清中IL-1β、CCL2、IL6、G-CSF和CCL4等细胞因子水平升高。单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析显示，KO小鼠肾脏中多种细胞类型（如远曲小管细胞、内皮细胞、巨噬细胞和基质细胞）的差异表达基因显著富集于DNA损伤相关通路。此外，KO小鼠肾脏中衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性及p21和Bcl-2表达增加，肺中p16阳性细胞比例上升。

Prdm16缺失导致9月龄小鼠多器官进行性损伤

与野生型（WT）小鼠相比，9月龄Prdm16 KO小鼠体型更小、体重更轻，且粪便负荷积累率与24月龄WT小鼠相当。scRNA-seq显示KO小鼠肾脏细胞组成比例发生变化，近曲小管（PCT）和内皮细胞的健康标志基因下调，巨噬细胞激活。免疫组化显示肾脏纤维连接蛋白表达增加，透射电镜（TEM）显示肾小管上皮细胞线粒体结构损伤、密度和长度减少。肺中胶原IV沉积增加。心脏超声显示KO小鼠射血分数（EF）、缩短分数（FS）、心输出量和每搏输出量下降，但心重/体重比（HW/BW）和心肌细胞横截面积增加。握力测试、旋转棒实验和莫里斯水迷宫（MWM）测试表明KO小鼠运动能力和学习记忆能力受损。肝脏出现脂滴沉积，皮肤毛囊数量减少。

肾小管特异性Prdm16缺失加重衰老相关肾脏疾病

利用Cre-LoxP系统构建肾小管特异性Prdm16敲除小鼠（Ksp-Cre/Prdm16^fl/fl）。8周龄时，这些小鼠肝肾功能、血糖水平与对照组（Prdm16^fl/fl）无差异，心脏、肾脏、肺等器官结构正常。通过X射线照射（10 Gy）诱导肾脏衰老后，KO小鼠肾脏中p21、Bcl-2、纤维连接蛋白和α-SMA表达增加，Masson染色显示胶原沉积增多。在照射基础上行单侧缺血再灌注（UIRI）手术，KO小鼠肾功能更差，衰老和纤维化标志物表达更高，SA-β-gal活性和胶原沉积也增加。

慢病毒介导的PRDM16基因递送减轻衰老和肾脏老化

在HK-2细胞中，慢病毒过表达PRDM16可改善照射引起的细胞形态学衰老特征（如细胞体积和核体积增大、扁平化），降低SA-β-gal活性、γ-H2AX（DNA损伤标志）表达以及衰老和SASP相关蛋白水平。在D-gal诱导的衰老模型中，PRDM16同样抑制衰老标志物上调。在23月龄老年小鼠肾脏皮质注射PRDM16过表达慢病毒，1个月后检测发现PRDM16表达增加，衰老标志物（Bcl-2、p21）、SA-β-gal、γ-H2AX以及纤维化标志物（纤维连接蛋白、α-SMA）和胶原沉积均减少。

PRDM16抑制氧化DNA损伤并改善谷胱甘肽代谢

联合分析小鼠肾脏scRNA-seq数据和照射HK-2细胞的RNA-seq数据，发现PRDM16调控氧化应激相关通路。Prdm16缺失加剧照射小鼠肾脏中8-氧代-脱氧鸟苷（8-oxo-dG，氧化DNA损伤标志）表达；在HK-2细胞中，PRDM16过表达降低照射引起的8-oxo-dG和活性氧（ROS）水平。基因集富集分析（GSEA）显示，Prdm16缺失小鼠PCT中“谷胱甘肽代谢过程”相关基因集富集程度下降。Prdm16缺失下调多种谷胱甘肽代谢相关基因表达。PRDM16特异性上调谷胱甘肽合成限速酶Gclc表达，提高照射HK-2细胞和老年小鼠肾脏中的谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽（GSH/GSSG）比值和谷胱甘肽-S-转移酶（GST）活性。

PRDM16作为GSTM1的转录激活剂

基于Cistrome DB中PRDM16的ChIP-Seq数据，发现PRDM16结合多个GST家族成员启动子区域，其中GSTM1和GSTT2结合得分最高。在衰老小鼠肾脏和心脏中，GSTM1下调程度大于GSTT2。在衰老细胞和老年小鼠肾脏中，GSTM1表达降低，而PRDM16过表达上调其mRNA和蛋白水平。双荧光素酶报告实验显示PRDM16沉默降低GSTM1启动子活性。染色质免疫沉淀（ChIP）实验证实PRDM16结合GSTM1启动子上的两个预测结合位点，该结合在野生型小鼠肾脏中存在，而在Prdm16 KO小鼠中缺失。

恢复GSTM1表达缓解PRDM16缺失引起的细胞衰老和肾脏老化

在D-gal诱导的衰老HK-2细胞中，沉默PRDM16增加衰老和纤维化标志物表达，而过表达GSTM1可逆转这一效应。沉默PRDM16加剧照射引起的SA-β-gal、γ-H2AX和ROS水平升高，GSTM1过表达可挽救这些损伤。在照射的Prdm16^fl/fl和Ksp-Cre/Prdm16^fl/fl小鼠肾脏中注射GSTM1过表达慢病毒，可增加GSTM1表达，减轻Prdm16缺失导致的衰老标志物、8-oxo-dG表达升高和肾脏纤维化。

讨论

本研究首次揭示PRDM16在衰老过程中表达下调，其缺失加速多器官衰老和相关疾病，而PRDM16基因递送可延缓衰老。机制上，PRDM16通过上调GSTM1转录，增强谷胱甘肽代谢，抑制氧化DNA损伤。GSTM1过表达能挽救PRDM16缺失引起的衰老表型。这些发现为抗衰老治疗提供了新靶点。未来研究方向包括开发靶向PRDM16的基因疗法或小分子化合物。