Cell Reports | 刘光慧/张维绮/曲静/王思合作揭示古病毒复活驱动人类神经元衰老

额叶是与认知和行为控制有关的脑的重要组成部分。随着年龄增长，额叶功能逐渐退化，其神经解剖学和神经生理学变化是额颞叶痴呆和阿尔茨海默病等神经退行性疾病的基础。然而，认知老化先于神经退行性疾病表征数年出现，这对于人类认知减损的早期诊断和治疗提出了巨大的挑战。此外，由于额叶衰老及其神经元变性涉及复杂的细胞结构和功能变化，加之细胞在表观遗传和基因表达等分子调控水平的复杂性，使得我们目前对驱动灵长类额叶衰老的细胞和分子机制的认知还非常有限，这严重制约了针对脑衰老及神经退行性疾病的临床评估与干预策略开发。

2023年5月31日，中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组联合中国科学院北京基因组研究所张维绮课题组以及首都医科大学宣武医院王思课题组合作在Cell Reports杂志在线发表题为 Nuclear lamina erosion-induced resurrection of endogenous retroviruses underlies neuronal aging 的研究论文。 该研究首次系统地解析了灵长类额叶衰老伴随的组织转录组、单核转录组、蛋白质组及全基因组DNA甲基化层次的多维改变，进而利用神经病理学检测体系和体外人类神经元衰老模型，提出了核纤层（Nuclear lamina）磨损将引起异染色质（Heterochromatin）松弛以及基因组内源性逆转录病毒（Endogenous Retrovirus, ERV）复活，激活细胞天然免疫通路并诱导神经元衰老和炎症的理论，并据此发展了可延缓神经元衰老的新型干预策略，为发掘额叶衰老及相关退行性疾病的早期预警标志物和潜在干预靶标提供了重要依据。

研究人员对食蟹猴额叶的衰老过程进行了系统的解析，发现衰老神经元中核纤层磨损 （如B型Lamin蛋白的减少） 和异染色质的减少可导致基因组中ERV转录激活并翻译出病毒蛋白，进而形成病毒颗粒。在衰老神经元的胞浆中，ERV的反转录产物通过激活cGAS-STING天然免疫通路进而诱发神经元的衰老和炎症反应。研究人员还建立了人类胚胎干细胞衍生的神经元体外衰老模型，并基于此验证了核纤层蛋白Lamin B1和Lamin B2的缺失及其诱导的ERV复活是神经元衰老级联反应中的起始事件。进一步，研究人员通过发展基于靶向ERV或cGAS通路的siRNA基因沉默体系，实现了对人神经元衰老的抑制。最后，研究人员发现抗艾滋病药物阿巴卡韦可以通过抑制逆转录酶的活性，有效抑制人类神经元的衰老。此外，长期口服阿巴卡韦的老年小鼠也表现出额叶神经元衰老的延缓及认知能力的改善。

图1. ERV病毒颗粒（Retrovirus-like particle, RVLP）在衰老的人类神经元中聚集

该研究首次揭示了核纤层磨损引起的内源性逆转录病毒复活可以作为人类额叶衰老的驱动力及生物标志物，为脑衰老的科学评估和预警、脑衰老及相关神经退行性疾病的防治提供了重要的线索和思路。在技术方面，研究综合运用多层次组学、人类胚胎干细胞衍生的神经元模型、基因沉默和免疫学成像等技术，捕获了ERV古病毒的复活、反转录和激活天然免疫通路等生物学过程，开创了人类脑衰老研究的新视角；在转化医学方面，研究以ERV古病毒复活周期的不同环节为靶标开发出多样化的神经衰老干预技术，为脑衰老相关疾病的防治提供了全新的策略。

图2. 核纤层磨损诱导的内源性逆转录病毒复活驱动神经元衰老的机制与干预策略

综上， 该研究揭示了介导额叶衰老及认知功能减退的新型分子通路，为人类脑衰老及神经退行性疾病的科学评估和预警提供了系列潜在的生物标志物，并为发展干预脑衰老及神经退行性疾病的靶向药物奠定了重要的理论基础。 未来围绕着脑衰老伴随的ERV古病毒复活，将会涌现出更多的科学问题，例如：ERV激活是否可以发生在其他脑区的特化神经元中？ERV能否通过感染年轻神经元或其他神经胶质细胞，介导神经衰老的细胞间传递？ERV能否在不同的基因组位点之间“跳跃”，介导神经元的基因组失稳？逆转录酶抑制剂能否延长小鼠寿命，能否促进老年群体的健康水平？期待随着科学研究的不断深入，这些谜题将逐一得以解决。

中国科学院动物研究所刘光慧研究员、曲静研究员、中国科学院北京基因组研究所张维绮研究员及首都医科大学宣武医院王思研究员为文章的共同通讯作者。中国科学院动物研究所博士研究生张慧、中国科学院北京基因组研究所博士研究生李嘉明、北京大学第三医院于洋研究员、中国科学院北京基因组研究所任捷研究员、天津医科大学总医院刘强教授和首都医科大学附属北京天坛医院保肇实副教授为文章的并列第一作者。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00604-6

制版人：十一

‍

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。