初稿| 屈若颖

校对| 李欣茜

小编注| 李欣茜

排版| 李欣茜

编辑| 孟美瑶

 背景介绍

细胞衰老是机体应对各类细胞应激的核心保护性应答机制，标志性特征为细胞周期永久性停滞，并释放大量由促炎因子、趋化因子、蛋白酶等组分构成的衰老相关分泌表型（SASP）复合物。细胞衰老参与胚胎发育、肿瘤早期抑制及损伤组织修复等生理进程，具备重要稳态调控功能。例如，在胚胎发育中，程序性衰老调控组织重塑和器官形成；在肿瘤抑制中，衰老能迫使癌基因激活的细胞永久停止分裂，通过阻止其增殖恶化来抑制肿瘤发生；在组织修复中，衰老细胞则通过分泌PDGF-AA等生长因子加速伤口愈合。但SASP长期过度活化，会驱动机体慢性低度炎症，进而诱发组织功能障碍、衰老以及肿瘤等多种衰老相关性疾病。因此，SASP成为了探究衰老保护性作用与病理性损伤效应的核心靶点。

拓展阅读：程序性衰老的积极作用

程序性衰老是指细胞衰老作为一种正常的、受调控的生理程序，在胚胎发育、组织修复和损伤限制等过程中发挥积极作用，并非只是与癌症和衰老相关的病理现象。

一、胚胎发育

在哺乳动物胚胎发育中，细胞衰老是一种正常的程序化生理机制。该过程程序性地发生于中肾、内耳内淋巴囊及顶端外胚层嵴等特定信号中心，衰老细胞呈现非增殖状态并表达p21、p15及SASP，随后这些细胞发生凋亡或被巨噬细胞清除，从而驱动组织重塑与器官模式形成。机制上，胚胎发育中的衰老依赖于p21，受TGF-β/SMAD和PI3K/FOXO通路调控，而不依赖于DNA损伤、p53或其他细胞周期抑制因子。

Muñoz-Espín, D. et al. Cell, 2013.

二、组织修复与再生

在组织修复中，细胞衰老也扮演着积极的生理角色。皮肤损伤后，伤口处的成纤维细胞和内皮细胞会迅速进入衰老状态，并通过衰老相关分泌表型（SASP）释放血小板衍生生长因子AA（PDGF-AA）。PDGF-AA能诱导肌成纤维细胞分化，加速伤口闭合。当衰老细胞被清除时，愈合过程延迟，通过局部补充PDGF-AA可恢复这一功能。

三、肿瘤抑制与损伤限制

在肿瘤抑制与组织损伤限制中，细胞衰老充当一种重要的保护性屏障。当癌基因（如Ras）异常激活时，细胞通过p53和p16通路启动永久性周期阻滞，阻止恶性转化。而在肝纤维化中，活化的肝星状细胞进入衰老状态，不仅限制自身增殖、减少纤维化基质分泌并增强基质降解，还能吸引自然杀伤细胞（NK）将其清除，从而控制纤维化程度并促进损伤修复。这两类过程均体现了程序性衰老在抑制异常增生和限制病理性损伤中的有益功能。

[1] Muñoz-Espín, D. et al. Cell, 2013.

[2] Storer, M. et al. Cell, 2013.

[3] Serrano, M., et al. Cell, 1997.

[4] Demaria, M. et al. Cell, 2014.

[5] Krizhanovsky, V. et al. Cell, 2008.

线粒体作为细胞代谢的核心，在衰老过程中会发生显著变化，包括生物能量功能受损、线粒体动力学紊乱以及代谢重编程，其中三羧酸（TCA）循环紊乱尤为突出。例如在衰老细胞中，TCA循环中间产物的水平会升高并不断积累，如乙酰辅酶A（乙酰-CoA）、富马酸和琥珀酸，可能造成代谢紊乱。

除影响代谢重编程外，衰老细胞中的线粒体还可介导天然免疫信号活化。在细胞衰老与个体衰老进程中，线粒体功能异常促使线粒体DNA（mtDNA）释放至细胞质，激活cGAS-STING信号轴，诱发炎症应答并上调SASP表达。但这些炎症信号如何与线粒体代谢信号相互整合、协同调控SASP基因表达，目前仍不明确。

在本研究中，研究人员明确线粒体柠檬酸-乙酰-CoA代谢通过组蛋白乙酰化调控SASP基因染色质开放状态，与mtDNA-cGAS-STING先天免疫通路协同驱动衰老炎症。药理性靶向抑制该通路可降低衰老细胞组蛋白乙酰化水平和SASP基因染色质开放性，改善衰老小鼠多器官中炎症浸润并延长健康寿命，同时不影响衰老细胞数量和基础代谢稳态。

1.线粒体通过柠檬酸-乙酰-CoA代谢轴驱动SASP基因的组蛋白乙酰化与染色质开放

2.线粒体代谢通路与mtDNA–cGAS–STING先天免疫信号通路独立且协同调控SASP表达

3.靶向抑制SLC25A1能下调SASP表达，改善衰老小鼠组织功能与健康寿命，且不影响衰老细胞数量与基础代谢

4.SLC25A1抑制通过体内表观遗传重塑选择性降低SASP染色质开放性，且SLC25A1表达与人类衰老炎症正相关

研究结果

乙酰-CoA是蛋白质乙酰化（包括组蛋白乙酰化）作用的必需供体，组蛋白乙酰化与染色质松弛以及转录酶可及性的增加相关。乙酰-CoA可通过多种代谢途径生成，其中线粒体代谢是乙酰基生成的主要途径。然而，在细胞衰老过程中，线粒体代谢对组蛋白乙酰化的具体调控机制尚不明确。

研究人员利用一个已建立的线粒体耗竭模型，该模型通过CCCP处理过表达Parkin的人成纤维细胞来诱导线粒体自噬，从而获得线粒体耗竭的细胞（图1a）。与增殖态正常成纤维细胞（年轻对照细胞Prol）相比，线粒体耗竭不影响复制性衰老成纤维细胞（衰老细胞Sen）的存活率（扩展数据图1a,b），但可完全消除线粒体呼吸作用和线粒体蛋白含量（图1b和扩展数据图1c）。

组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化（H3K27ac）是公认的活性染色质标记，它几乎只标记在增强子和启动子区域，当这个位点被乙酰化时，意味着该区域的染色质处于开放（松弛）状态，即H3K27ac水平越高通常代表该基因表达越活跃。线粒体耗竭衰老细胞的染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）结果显示，衰老过程中增加的H3K27ac修饰位点在线粒体耗竭后显著减少（扩展数据图1d）。通路分析显示，这些区域富集于炎症和白细胞介素信号通路，而这些通路正是SASP的核心组成部分（扩展数据图1e）。同时，研究人员鉴定出一个包含51个基因的SASP特征基因集，该基因集在衰老过程中被诱导表达，但在线粒体耗竭后受到抑制（扩展数据图2a）（小编注：如扩展数据图1d所示，研究人员首先通过ChIP-seq检测了衰老细胞和线粒体耗竭的衰老细胞中，整个基因组范围的组蛋白H3K27ac水平，鉴定出在衰老过程中及线粒体耗竭后发生乙酰化修饰的基因区域。接着对上述所有发生乙酰化修饰变化的基因进行通路分析，发现其显著富集于炎症相关的SASP通路中（扩展数据图1e）。接着，研究人员想要进一步定义受调控的SASP基因，于是从扩展数据图1d中发生乙酰化修饰的基因里，筛选出在衰老过程中被诱导表达，但在线粒体耗竭后表达受到抑制的基因（扩展数据图2a）。筛选出的这51个基因构成了一个SASP特征基因集，即为同时受线粒体调控的乙酰化修饰和转录水平调控的核心SASP因子）。在线粒体耗竭后，上述SASP基因位点的H3K27ac富集水平随之下降（图1c），另外IL6、CCL2等SASP经典标志性炎症因子表现出染色质乙酰化水平与mRNA表达的协同下降（图1d、e）。这些结果表明，线粒体是维持SASP基因位点组蛋白乙酰化所必需的。

在明确SASP基因位点的H3K27ac修饰会随细胞衰老上调、在线粒体耗竭后显著下调之后，研究人员进一步探究该调控模式是否普遍适用于其他组蛋白修饰类型与不同衰老诱导模型。通过整合多项已发表的ChIP-seq数据集，涵盖多种组蛋白乙酰化修饰和衰老模型（包括复制性衰老（RS）、癌基因诱导（IOS）、依托泊苷诱导（etoposide）及辐射诱导（IR））（小编注：复制性衰老（RS）是通过持续的细胞传代培养来诱导，模拟由端粒逐渐缩短引发的自然衰老过程；癌基因诱导（IOS）是通过引入激活的癌基因（如Ras）来模拟癌前病变；依托泊苷诱导（etoposide）是通过药物抑制DNA拓扑异构酶II以造成DNA损伤，模拟化疗效应；辐射诱导（IR）是通过电离辐射（如X射线或γ射线）造成DNA损伤以诱导衰老；多柔比星诱导（doxorubicin）与依托泊苷诱导类似，同样是通过抑制DNA拓扑异构酶II造成DNA损伤，模拟化疗效应。图中RS模型展示的6种乙酰化修饰（H3K27ac, H3K18ac, H4K5ac, H3K122ac, H4K16ac, H3K23ac）均为代表转录激活加强。另外，扩展数据图1中IR模型与此处相同，均为辐射诱导细胞衰老），结果证实SASP基因位点均稳定表现出组蛋白乙酰化修饰富集的特征（扩展数据图2b-j）。

鉴于线粒体耗竭会抑制SASP基因的组蛋白乙酰化，研究人员进一步检测该效应是否能反映乙酰-CoA可利用性的降低。由于乙酰-CoA无法穿透细胞膜直接进入细胞，因此研究人员提取细胞总蛋白，用特异性抗体检测H3K27ac（组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化）和总H3（作为上样内参）。结果显示乙酸盐补充后H3K27ac条带明显加深，说明特定组蛋白位点的乙酰化水平上升，乙酸盐进入胞内后经ACSS2酶催化生成乙酰-CoA（扩展数据图3a）。乙酸同位素示踪实验证实，外源性乙酸盐能迅速转化为乙酰-CoA（扩展数据图3b）。此外，补充乙酸盐显著增加了细胞核中的总乙酰化水平，包括H3K27ac（扩展数据图3c-e）（小编注：研究人员为了检测细胞核乙酰化情况，进行了免疫荧光染色和WB实验。首先使用泛乙酰化赖氨酸抗体进行免疫荧光染色，该抗体能识别所有蛋白质上被乙酰化的赖氨酸残基，定量结果显示所有蛋白质的赖氨酸乙酰化水平均升高（扩展数据图3c、d）。接着进行WB实验，发现特定组蛋白位点（H3K27ac）的乙酰化水平显著上升（扩展数据图3e）。上述结果共同证明外源乙酸盐确实能进入细胞核并提高组蛋白乙酰化水平。另外，蛋白质乙酰化不只发生在赖氨酸上，但组蛋白乙酰化均发生在赖氨酸上。赖氨酸是蛋白质乙酰化修饰的最主要的氨基酸残基，在少数情况下，蛋白质丝氨酸和苏氨酸的N端α-氨基也可以发生乙酰化。其中组蛋白上的乙酰化修饰几乎全部发生在赖氨酸侧链的ε-氨基上，丝氨酸和苏氨酸乙酰化极为罕见，因此“组蛋白乙酰化”通常默认指赖氨酸乙酰化），并诱导了促炎基因的表达，如IL6、IL8、IL1B和CCL2，同时不影响细胞周期调控因子p16（又称CDKN2A）和p21（又称CDKN1A）（扩展数据图3f,g）。

为明确在缺乏线粒体的情况下乙酰-CoA是否足以恢复SASP的表达，研究人员向线粒体耗竭的衰老细胞补充乙酸盐（图1f）。发现其提高了组蛋白乙酰化水平（图1g,h），同时RNA测序（RNA-seq）和检测基因表达结果显示，依赖线粒体的部分SASP基因得到恢复（图1i-k）（小编注：图1i中下方热图不是上方热图的放大图，而是基于特定基因子集重新进行了标准化。上方热图展示了SASP相关基因在四种不同条件（增殖细胞Prol、衰老细胞Sen、线粒体耗竭衰老细胞Sen+CCCP、线粒体耗竭后加乙酸盐Sen+CCCP+Acetate）下的表达情况，基于所有样本和基因计算出Z-score。在衰老导致的剧烈变化下，乙酸盐对SASP表达的改善作用显得比较微弱，因此从视觉上看Sen+CCCP+Acetate组仍偏蓝。为了进一步放大在有无乙酸盐情况下SASP基因的表达差异，研究人员仅基于Sen+CCCP组和Sen+CCCP+Acetate组重新进行标准化，绘制了下方热图。在局部尺度下，乙酸盐诱导的表达回升被显著放大，因此呈现出明显的红色）。

综上所述，线粒体通过乙酰-CoA依赖的组蛋白乙酰化来调控SASP基因的表达，确立了乙酰-CoA在线粒体与炎症相关基因表观遗传调控之间的关键作用。

图1.线粒体调控SASP位点的组蛋白乙酰化

扩展数据图1.线粒体对组蛋白乙酰化调控主要富集于炎症通路

扩展数据图2.SASP基因上依赖于线粒体的组蛋白乙酰化模式

扩展数据图3.外源性乙酸盐驱动核内乙酰化及SASP基因表达

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2.线粒体柠檬酸—乙酰-CoA轴驱动衰老相关分泌表型（SASP）

此前证实了乙酰-CoA可促进组蛋白乙酰化和SASP基因表达，且线粒体为该过程所必需，研究人员进一步探究了线粒体代谢通路如何参与这一调控。

首先研究了线粒体丙酮酸载体（MPC），MPC由两个亚基组成（MPC1和MPC2），定位于线粒体内膜上，负责将糖酵解产生的丙酮酸从细胞质转运到线粒体基质中。丙酮酸进入线粒体后，被丙酮酸脱氢酶复合物（PDH）氧化脱羧生成乙酰-CoA，进而进入TCA循环（扩展数据图4a）。在多种衰老模型中（辐射诱导（IR）、多柔比星诱导（doxorubicin）和复制性衰老（RS）），MPC1和MPC2的表达均有所增加（扩展数据图4b,c）。使用UK5099对MPC进行药理抑制后，在衰老过程中上调的TCA循环中间产物水平下降，乳酸水平升高，这与线粒体丙酮酸摄取受阻的情况一致（扩展数据图4d）。RNA-seq和细胞因子谱分析显示，MPC抑制可抑制SASP的基因表达和分泌（扩展数据图4e,f），但不影响细胞周期停滞，这一点通过增殖相关基因表达、p16和p21蛋白水平、EdU掺入以及DNA损伤染色等指标得到证实（扩展数据图4g,h及5a-d,f）。在不同衰老模型中均观察到类似效应（扩展数据图5e,g-j）。与上述结果一致，通过CRISPR-Cas9介导的MPC1敲除也显著降低了SASP因子（如IL-6和IL-8）的表达（扩展数据图5k,l）。

接下来，研究人员聚焦于线粒体柠檬酸转运载体SLC25A1，该载体将线粒体柠檬酸向外转运至细胞质，柠檬酸可被转化为乙酰-CoA，为表观修饰提供底物（图2a）。在多种衰老模型中，SLC25A1 mRNA和蛋白质水平均显著上调（图2b,c）。敲除SLC25A1不影响细胞周期停滞相关基因（如p21，p16，p15）的表达（图2d-g），但导致SASP基因表达显著降低（图2h-l）。同样，使用抑制剂CTPI2对SLC25A1进行药理抑制（图3a）后，可在转录水平和蛋白水平上剂量依赖性地抑制SASP组分（图3b-e及扩展数据图6a）。但这一效应未影响细胞周期调控因子、HMGB1定位（小编注：HMGB1（高迁移率族蛋白B1）是一种在细胞核内广泛存在的DNA结合蛋白。当细胞遭受损伤、应激或发生衰老时，HMGB1会从细胞核易位到细胞质中，作为促炎信号分子（DAMP）激活NLRP3炎性小体等炎症通路，促进SASP表达。研究人员用SLC25A1抑制剂CTPI2处理发现HMGB1定位不变，表明CTPI2不是作用于DAMP信号通路来抑制炎症，而是通过抑制乙酰-CoA生成来影响SASP炎症基因转录）、DNA损伤染色和增殖标志物水平（图3f-h及扩展数据图6b-e）。RNA-seq和通路分析证实，CTPI2下调了炎症相关和线粒体依赖的SASP水平，但不影响细胞周期相关基因表达（图3i-k）。这些效应在不同衰老模型和治疗条件下均保持一致，包括在衰老诱导后早期干预以及在完全建立的衰老细胞中进行干预（扩展数据图7a-c）。

从机制上讲，抑制SLC25A1可降低细胞核内乙酰化水平，泛乙酰化赖氨酸染色结果和H3K27ac蛋白水平均说明了这一点（图3l-n），并且ChIP-seq结果显示SASP位点的H3K27ac水平下降（图3o,p）。同时，另一种组蛋白修饰H3K9ac也同样降低。13C葡萄糖同位素示踪显示，SLC25A1抑制可完全阻断葡萄糖来源碳骨架向组蛋白乙酰化修饰的掺入（扩展数据图6f-h）。值得注意的是，CTPI2并未广泛损害线粒体功能，氧化磷酸化（OXPHOS）基因表达、ATP生成、偶联效率、线粒体活性氧水平（小编注：MitoSOX是一种用于特异性检测活细胞线粒体内超氧化物的荧光探针，能精准靶向线粒体并对超氧化物进行特异性氧化。MitoSOX能穿透细胞膜，其带有的三苯基膦阳离子使其能选择性地聚集在线粒体基质中。MitoSOX进入线粒体后会被超氧化物特异性氧化，而不会被其他类型的活性氧（如过氧化氢）或活性氮所氧化。氧化后的MitoSOX会与线粒体内的核酸结合，产生强烈的红色荧光，荧光强度与超氧化物的水平成正比）以及线粒体形态均未发生明显改变（扩展数据图8a-i）。代谢组学分析显示，SLC25A1抑制可降低全细胞提取物中的柠檬酸、异柠檬酸和顺乌头酸水平（扩展数据图8j）。由于SLC25A1负责将线粒体柠檬酸转运至细胞质，研究人员接着进行了亚细胞组分分离实验。结果显示，SLC25A1抑制仅使得胞质组分乙酰-CoA含量特异性下降（扩展数据图8k,l），表明用于组蛋白乙酰化的核-胞质乙酰-CoA供应受损（小编注：SLC25A1是柠檬酸/苹果酸反向转运体，负责将线粒体基质中的柠檬酸（Citrate）转运到细胞质，同时将细胞质中的苹果酸（Matale）转运回线粒体基质。柠檬酸在胞质中会转化为乙酰-CoA；苹果酸进入线粒体后转化为草酰乙酸（Oxaloacetate），草酰乙酸与乙酰-CoA生成柠檬酸。当CTPI2抑制SLC25A1后，线粒体中的柠檬酸无法转运到细胞质中，导致胞质柠檬酸和乙酰-CoA含量均降低（扩展数据图8l）。同时，胞质中的苹果酸无法转运到线粒体中，抑制了苹果酸→草酰乙酸→柠檬酸的生成，导致线粒体柠檬酸在无法向外转运的情况下，其净含量仍然降低。而乙酰-CoA仍旧通过糖酵解不断产生，导致其在线粒体内堆积（扩展数据图8k））。

（O'Brien KL, et al. Nat Rev Immunol. 2019）

最后，研究人员评估了线粒体来源的柠檬酸通过ATP柠檬酸裂解酶（ACLY），向下游转化为乙酰-CoA的过程（图4a）。由于线粒体输出的柠檬酸是胞质乙酰-CoA产生的主要底物，研究人员测试了外源补充柠檬酸是否足以驱动组蛋白乙酰化和炎症基因表达。底物回补实验证实补充柠檬酸可直接促进组蛋白乙酰化与促炎基因表达（图4b,c）。在多种衰老模型中，ACLY表达显著上调（图4d），而敲除ACLY能够显著下调IR和RS衰老细胞的H3K27ac表观修饰，同时抑制SASP因子转录（图4e-h），明确ACLY是柠檬酸转化为乙酰-CoA、介导衰老炎症表观激活的关键限速酶。

综上所述，线粒体柠檬酸—乙酰-CoA代谢轴是调控SASP基因转录的核心枢纽。该通路中的多个环节，从丙酮酸摄取、柠檬酸输出到乙酰-CoA生成，均参与调控SASP位点的组蛋白乙酰化，从而选择性地调节炎症相关基因的表达，而不影响衰老相关细胞周期阻滞。

图2.SLC25A1表达调控衰老细胞SASP

图3.药理学抑制SLC25A1可降低衰老细胞中的SASP水平

图4.线粒体来源的柠檬酸通过ACLY活性驱动SASP

扩展数据图4.衰老过程中线粒体MPC上调可调控SASP

扩展数据图5.MPC抑制可在多种衰老模型中下调SASP，不影响DNA损伤与细胞周期停滞相关基因表达

扩展数据图6.药理学抑制SLC25A1可下调SASP，且不影响衰老的其他特征

扩展数据图7.药理学抑制SLC25A1可下调多种衰老模型中的SASP水平

扩展数据图8.SLC25A1抑制对衰老细胞中线粒体代谢和功能的影响

在明确线粒体代谢通过乙酰-CoA介导的组蛋白乙酰化调控SASP基因转录后，研究人员进一步探究这一通路是否与mtDNA驱动的先天免疫信号轴存在机制交叉。细胞质DNA分子可激活衰老细胞中的cGAS-STING信号通路，而mtDNA泄漏是驱动衰老过程中炎症程序的关键部分。因此，研究人员探究了线粒体对组蛋白乙酰化的调控与mtDNA-cGAS-STING信号通路是否存在在机制关联。

为了确定通过抑制线粒体依赖性组蛋白乙酰化来抑制SASP是否涉及mtDNA信号通路的改变，研究人员在抑制SLC25A1后定量了胞质mtDNA（图5a）。在衰老的MRC5和IMR90成纤维细胞中，抑制SLC25A1后胞质mtDNA水平未发生变化（图5b-d及扩展数据图9a-d），说明组蛋白乙酰化代谢调控对SASP的抑制作用与mtDNA释放无关。

接下来，研究人员检测了相互作用关系。此前研究报道，BAX和BAK1缺陷型衰老细胞（小编注：BAX和BAK1是两种成孔蛋白，在细胞衰老过程中，二者会在线粒体膜上形成孔隙，使线粒体内的mtDNA泄漏到细胞质中，激活cGAS-STING先天免疫通路，进而驱动SASP炎症反应。BAX和BAK1缺陷型衰老细胞的核心特点是，虽然能正常进入衰老状态（细胞周期停滞），但无法释放mtDNA，从而导致SASP表达大幅降低）表现出mtDNA胞质释放受损的特征，研究人员进一步发现其SASP基因表达水平降低（图5e-i及扩展数据图9f）。然而，整个细胞核乙酰化、H3K27ac水平以及SASP位点的H3K27ac富集程度均无变化（图5j-l及扩展数据图9e）。此外，使用STING抑制剂SN011对cGAS–STING通路进行药理学抑制，可抑制SASP基因表达且不改变组蛋白乙酰化修饰状态（扩展数据图9g-i）。综上所述，mtDNA-cGAS-STING信号通路与线粒体依赖性组蛋白乙酰化调控通路相互独立，分别调控SASP。

之后，研究人员进一步探讨这两条通路是否能在功能上协同驱动SASP表达。结果表明，SN011抑制STING通路后，乙酸盐补充诱导的衰老细胞中H3K27ac水平上升不受影响（扩展数据图9j），但会下调乙酸盐诱导的SASP基因表达（扩展数据图9k）。这表明在缺乏先天免疫激活的情况下，仅靠染色质可及性并不足以驱动SASP的转录（小编注：染色质可及性增加会使染色质结构变得松弛，允许转录因子和转录酶靠近DNA序列，但并不具备招募转录因子的功能。而先天免疫通路（cGAS-STING）的激活负责产生关键的转录因子（如NF-κB），这些转录因子能够识别并结合到SASP基因的特定DNA基序启动转录。总而言之，即使染色质可及性增加，如果缺乏STING通路提供的转录因子，SASP的转录也无法启动。两条通路在功能上互补，共同驱动SASP基因表达）。

基于上述两条通路相互独立的结论，研究人员进一步探究了两条通路的联合激活是否能恢复SASP表达。在线粒体耗竭衰老细胞中分别补充乙酸盐、胞质mtDNA或二者联合处理（图5m）。结果显示，单独转染mtDNA无法改变细胞H3K27ac修饰水平，乙酸盐干预可显著增加组蛋白乙酰化，且二者联合处理并未进一步上调组蛋白乙酰化水平（图5n），再次佐证mtDNA-cGAS-STING信号无法直接调控组蛋白乙酰化修饰。转录组及通路富集分析结果显示，乙酸盐、mtDNA单一处理均显著富集到炎症与细胞因子相关信号通路，而联合处理时通路富集程度显著更高（扩展数据图9l、9m）。与此一致，基因表达及RNA-seq转录组数据证实，乙酸盐或mtDNA单独刺激仅能部分诱导SASP核心基因表达，二者可协同强效激活SASP炎症转录程序（图5o-q）。

综上所述，线粒体对组蛋白乙酰化的代谢调控以及mtDNA-cGAS-STING信号通路是两条独立但互补的途径，二者共同驱动SASP基因的全面表达。

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鉴于线粒体代谢通过乙酰-CoA依赖的染色质重塑来调控SASP基因表达，研究人员进一步研究是否可在体内靶向干预该通路，以抑制炎症并改善衰老过程中的组织功能。

在体外实验中，研究人员从年轻和衰老小鼠组织中分离出基质细胞，在离体条件下评估了SLC25A1抑制的效果。与年轻对照组相比，衰老小鼠心脏和肾脏基质细胞中p16及编码SASP因子的基因表达显著升高，而SLC25A1抑制剂CTPI2处理可下调SASP基因表达，且不影响p16表达（补充图1a-f）。这些结果表明，靶向线粒体柠檬酸代谢可减轻衰老细胞中的SASP表达。

在体内实验中，研究人员给衰老小鼠灌胃CTPI2，评估其对组织功能和全身炎症的影响（图6a）。发现CTPI2治疗小鼠（雄性和雌性）的毛发更加光泽均匀，脱发减少，毛发灰白程度减轻（图6b），同时衰弱指数评估结果更好（图6c,d）。

功能评估显示，CTPI2治疗小鼠的神经肌肉性能有所改善，包括协调性和平衡能力增强（走钢丝测试）、力量增加（悬垂和握力测试）以及肌肉完整性保持（表现为肌纤维横截面积增大和中心核纤维减少）（图6e-l）。尽管肌肉骨骼表型有所改善，CTPI2治疗并未改善脊柱和股骨的微结构（补充表1）。

与炎症信号通路的抑制一致，CTPI2治疗小鼠骨骼肌中SASP表达降低，p16或p21的表达无明显变化（图6m,n）。促炎细胞因子Il6和Il1b的表达与肌肉力量呈负相关（图6o），表明炎症减轻有助于改善组织功能。循环中的炎症细胞因子水平也有所降低（扩展数据图10a），提示全身炎症得到缓解。

拓展阅读：p16、p21与SASP表达

p16和p21是两种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂，是细胞衰老过程中最常用的两个标志物。p21（即CDKN1A）由p53通路激活，在衰老的早期阶段迅速上调，主要负责启动细胞周期阻滞。p16（即CDKN2A）在衰老的晚期逐渐积累，有助于维持永久性的细胞周期停滞。根据现有文献，p16、p21与SASP之间存在不同的调控关系。

一、p16与SASP

P16在SASP中既能发挥正向调控作用，也能发挥负向调控作用。

p16的上调可促进衰老并增加SASP组分的表达。有研究表明，在糖尿病肾病（DKD）小鼠模型中，p16的表达上调直接导致SASP增加，而通过药物清除小鼠体内的p16阳性细胞后，SASP各组分的表达显著下降。另外，在角膜内皮细胞中，p16介导的G0/G1细胞周期阻滞也伴随着SASP因子的显著上调。

有研究表明，p16是SASP的关键抑制因子，在细胞衰老与癌变调控中发挥抑制作用。NF-κB是激活SASP的核心转录因子，p16蛋白会直接结合到NF-κB通路的关键组分p65上，通过阻止NF-κB的激活来抑制其启动炎症和SASP相关基因转录的能力。当p16表达缺失时（如在肿瘤细胞中），NF-κB会过度活跃，导致促炎因子的分泌增加。

二、p21与SASP

近年来有研究表明，p21不仅是衰老标志物，还能驱动SASP表达。Sturmlechner等人报道，p21能够诱导一种早期形式的SASP，被命名为“p21激活的分泌表型”（PASP）。PASP包含数百种分泌因子，形成了一个复杂的生物活性分泌组。例如，p21激活导致PASP中的趋化因子CXCL14产生，其能吸引巨噬细胞，这些巨噬细胞会持续监测表达高水平p21的应激细胞。如果应激细胞在4天内恢复，同时p21水平回归正常，巨噬细胞便会脱离。否则，巨噬细胞会招募细胞毒性T细胞来清除靶细胞。这揭示了一种由p21驱动的SASP，其能发挥独特的衰老细胞免疫监视功能。

另外，Papismadov等人研究发现，p21与SASP独立且互补。在传统路径中，衰老细胞通过分泌SASP（如炎症因子），能间接促进周围组织纤维化。而p21则直接调控衰老细胞中细胞外基质（ECM）组分的表达，驱动细胞产生导致纤维化的ECM成分，该途径独立于经典SASP炎症通路。

[1]Lu, X., et al. Cell Death Discov. 2025.

[2]Parekh, M., et al. Cell Death Dis, 2026.

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[4]Sturmlechner, et al. Science, 2021.

[5]Turano, et al. EMBO J, 2024.

为了确定以上效应是否存在于其他器官，研究人员对肝组织进行了RNA-seq分析。发现CTPI2治疗可降低肝脏SASP相关基因的表达，并减少SenMayo衰老特征谱的富集（小编注：SenMayo是一个由125个基因组成的衰老相关基因集，其中83个编码SASP相关因子，此外还编码其他功能蛋白，包括20个跨膜蛋白和22个胞内蛋白。SenMayo能够以高保真度识别不同组织和不同物种（如人类和小鼠）的衰老细胞，可作为临床检测工具来监测衰老过程中的细胞变化，或用于评估抗衰老药物的效果（Saul, D., et al. Nat Commun, 2022））（扩展数据图10b-e），且在雄性小鼠中效果更为显著，而p16和p21的表达则保持不变（扩展数据图10f）。

在心脏组织中，p16和p21的表达水平同样未发生变化（扩展数据图10g）。然而，CTPI2特异性地降低了整个心脏中心肌细胞相关分泌因子（Gdf15和Edn3）的表达，这与心肌细胞肥大减轻一致（小编注：在自然衰老的小鼠模型中，心肌细胞本身几乎不表达经典SASP基因Ccl2、Il6，而是高表达Gdf15、Edn3，Ccl2、Il6等炎症因子则主要来源于微环境中的其他细胞（如基质细胞、免疫细胞）。因此针对扩展数据图10h中的全心肌匀浆，检测Gdf15和Edn3能更直接地反映CTPI2对心肌细胞本身衰老状态的改善。扩展数据图10k中检测的是经过分离纯化的心脏基质细胞（去除了心肌细胞），故沿用Ccl2、Il6表达进行表征）。同时，心脏基质细胞中经典SASP因子的表达也受到抑制（扩展数据图10g-l），进一步导致雌性小鼠中炎症反应相关基因表达降低（扩展数据图10m,n）（小编注：CD45、CD68和CCR2分别是免疫细胞、巨噬细胞和“促炎型”巨噬细胞标志物，这三种基因表达水平的降低，表明心脏组织中的炎症反应和特定免疫细胞（尤其是促炎性巨噬细胞）的招募与浸润显著减少），这与此前报道的心脏衰老过程中SASP驱动的免疫招募减少相一致。

综上所述，靶向线粒体柠檬酸代谢可通过调控SASP抑制组织中的炎症反应，并在衰老过程中改善组织功能和健康寿命，而非通过清除衰老细胞来实现。

补充图1.SLC25A1抑制可减少衰老基质细胞体外SASP表达

补充表1.衰老进程中SLC25A1抑制不影响骨微结构

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前期体外实验证实，抑制SLC25A1可通过下调胞质乙酰-CoA含量、降低组蛋白乙酰化修饰水平，显著削弱衰老细胞SASP表型。因此，研究人员进一步验证该表观遗传调控机制是否在体内衰老组织中发挥同样的作用。由于SLC25A1抑制可改善衰老小鼠的肌肉功能，研究人员以股四头肌作为具有生理相关性的组织进行研究。为了能在同一细胞核内同时评估转录输出和染色质可及性，研究人员对SLC25A1抑制剂CTPI2灌胃的衰老小鼠股四头肌进行了单核多组学分析，（图7a）。

细胞类型注释结果显示，股四头肌以ⅡA型、ⅡB型肌纤维为主。对照组与CTPI2组小鼠的细胞组成基本一致（图7b,c，扩展数据图11a-c）。CTPI2组小鼠骨骼肌内免疫细胞浸润丰度降低，这与组织炎症减轻一致（扩展数据图11c）。使用经过验证的CoreScence衰老特征基因集来界定衰老样细胞核（小编注：CoreScence是一个由39个基因组成的核心衰老相关基因集，研究者系统分析了9个已发表的衰老相关基因集，从中筛选出至少被其中5个基因集共同报道的基因，得到该39个基因。这种方法论确保了CoreScence中的基因与衰老过程的相关性更高，不易受单一研究偏差的影响（Qu Y, et al. Cell Genom. 2025）），发现两组小鼠衰老样细胞核的数量与空间分布相似（图7d,e，扩展数据图11d,e,g），这与p16、p21表达未变化的结果一致（图6n）。

虽然衰老细胞丰度无显著差异，但是CTPI2处理显著降低了衰老样细胞核内SASP相关转录（图7f,g）。该转录抑制现象伴随着SASP位点染色质可及性的降低，这些位点在衰老样细胞中富集，且在CTPI2处理后减弱（图7h,i及扩展数据图11f,h）。代表性SASP基因位点如Ccl2、Igfbp4在衰老细胞中染色质可及性显著升高，CTPI2处理后该区域染色质开放程度明显下降（图7j,k）。采用另一套GenAge衰老特征基因集（小编注：GenAge是国际上公认的衰老相关基因基准数据库之一，由人类衰老相关基因和模式生物长寿/衰老相关基因两个部分组成。人类衰老相关基因包含307个与人类衰老直接或间接相关的基因，其中既有少数已被证实可直接影响人类衰老的基因，也有大量来自模式生物研究的最佳候选基因。模式生物长寿/衰老相关基因包含2205个在模式生物（如酵母、线虫、果蝇、小鼠等）中与长寿或衰老相关的基因。GenAge中所有数据均由生物老年学领域的专家进行人工筛选和注释，整合了来自人类及多种模式生物的基因信息，便于衰老相关基因研究（de Magalhães, et al. Nucleic Acids Res. 2024））进行验证，也得到了一致结论（扩展数据图11i-m）。

为了进一步评估体内组蛋白乙酰化情况，研究人员对肝脏进行分析（肝脏是CTPI2处理后炎症显著减轻的器官）。为了验证p16抗体的特异性，研究人员在WT小鼠和p16基因敲除小鼠中进行实验。在WT小鼠中，用多柔比星诱导衰老后，肝脏组织中p16阳性增多，而p16基因敲除小鼠中未出现p16阳性（补充图2）。接着，研究人员使用针对p21、p16、PCNA（细胞增殖的经典标志物）和泛赖氨酸乙酰化的抗体进行多指标共染（图7l），并采用迭代间接免疫荧光成像技术（4i）进行成像。p16+和/或p21+且PCNA-的细胞被定义为衰老细胞，研究人员发现WT小鼠和CTPI2小鼠肝脏中的衰老细胞总数无明显差异（图7m），与前述单核转录组结论一致。另外，CTPI2处理可显著抑制衰老细胞核组蛋白乙酰化水平的升高（图7n-q）。

为明确CTPI2处理导致的表观与炎症改善是否伴随更广泛的代谢改变，研究人员进行了全面的代谢组学分析。发现CTPI2衰老小鼠的葡萄糖耐量与对照小鼠相当，空腹和进食后血糖水平略有下降（扩展数据12a-c）。其他循环生化参数，包括总蛋白、钙和白蛋白基本未改变，保持在生理范围内（扩展数据图12d）。体重、体成分、代谢率、呼吸交换比和活动水平也未受影响（扩展数据图12e-l）。肝脏、肌肉和心脏中的脂质及脂肪酸代谢通路同样未见变化，这与体外实验结果一致，即CTPI2对衰老成纤维细胞中脂质代谢基因表达无影响（扩展数据图12m-u）。

最后，为了评估上述研究结果在人类中的相关性，研究人员分析了多种人类组织的转录组数据。发现在肌肉、心脏、海马体和肾脏中，线粒体SLC25A1的表达与线粒体依赖性SASP基因特征集以及经典衰老标志物p16和p21呈正相关（小编注：在上文进行机制研究时，研究人员为了探究靶向SLC25A1是否在不影响细胞周期停滞的情况下特异性抑制SASP，故需要检测CTPI2处理后p16和p21是否发生变化，证明靶向SLC25A1不影响二者表达。而在自然衰老的人群中，研究人员想探究SLC25A1的表达水平是否与整体衰老状态相关，此时p16和p21是作为衰老标志物来表征衰老程度，而非靶点本身带来的效应），而实际年龄本身则几乎没有相关性（扩展数据图13a-p）。这些观察结果表明，线粒体柠檬酸代谢与多种人类组织中的衰老相关炎症程序存在关联。

综上所述，在衰老小鼠中，CTPI2治疗通过对炎症位点的选择性表观遗传重塑抑制SASP相关转录，而不会广泛改变全身代谢或衰老细胞的数量。这种对SASP的表观遗传抑制，为衰老过程中的组织功能和健康寿命改善提供了机制基础。

图7.药理学抑制SLC25A1可在体内抑制衰老细胞中的SASP程序和染色质可及性

总结 

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