邹文安
模式动物体内实验表明，Insulin/IGF-like signaling(IIS)通路活性的减少可以延长寿命、保持年老时体内机能以及改善多种与年龄相关疾病的病理特征，理解这其中具体的机理对于治疗与年龄相关的疾病至关重要。但是，相关的研究都是从转录组层面针对整只线虫进行研究，一方面无法揭示一些组织特异性的机理，另一方面最近的研究表明大量转录后修饰会导致蛋白表达有所差异，转录组和蛋白组之间的相关性只有40%-80%。
随着质谱技术的改进，蛋白组研究对于样本量要求越来越少，也让蛋白质组学研究果蝇不同组织蛋白组变化成为可能。Sehlke R等科学家研究者尝试运用蛋白质组学技术，而非传统的转录组学来观察果蝇体内不同组织内蛋白组的变化。研究发现当系统性减少IIS活性时，主要的变化都是组织特异性的，并且其中60%都没有在之前的转录组研究中发现，也同时揭示了脑、肠、脂肪体和肌肉等个体中各个组织通过自己的反应来改善衰老所带来的影响的具体机制。相关研究发表在国际高水平学术期刊Molecular Systems Biology上。
1.野生型果蝇组织特异性蛋白组分析
为研究果蝇组织特异性的蛋白组，研究者选择四个胰岛素敏感的组织作为主要研究对象：脑、肠、脂肪体和胸（主要是肌肉组织）。通过Label-Free蛋白质组学对野生型果蝇的四个组织进行分析鉴定。研究共鉴定到了6085个蛋白的96,404个肽段，这基本上覆盖了已预测编码基因的44%。
图1 野生型果蝇组织特异性蛋白组分析
2. IIS活性减少模型的组织特异性蛋白质组学分析
研究者通过在果蝇中突变IIS，分析IIS表达下调后各个组织的蛋白质表达差异。前期研究表明，果蝇中央神经分泌细胞（mNSCs）的切除可以明显延长其生命周期。因此研究者比较了mNSC-ablated和野生型(wDah)果蝇蛋白质表达的差异，结果发现在四个组织中只有2个蛋白的变化是重叠的，而其中只有13%的蛋白是组织特异性表达。所以IIS是通过组织特异性的调控而不是组织特异性的表达来起作用的。
图2 IIS活性减少模型的组织特异性蛋白质组学分析
3.与生命周期延长相关的组织特异性差异表达蛋白的鉴定
dFOXO是IIS果蝇寿命延长的关键蛋白，所以研究者又根据组分对dFOXO的依赖性进行了研究。结果表明：
（1）在脑中，差异表达蛋白主要集中于线粒体电子传递链、mRNA剪接和核小体相关组份，
（2）在肠中，主要集中于蛋白酶体和泛素介导的代谢通路。
（3）在脂肪体中，主要是线粒体电子传递链、核糖体相关组份和核小体组装相关的组份。
图3 与生命周期延长相关的组织特异性差异表达蛋白
4.介导长寿的组织特异性反应模型
结合上述研究，最终研究者选择了三种最有可能与寿命延长相关的因素：1. 核糖体，基本上只在脂肪体中检测到了变化；2. 线粒体电子传递链，在脑、肠和脂肪体中均有检测到变化；3. 蛋白酶体-泛素相关蛋白，这个在肠中变化最明显。
通过一系列实验，研究者对上述三个可能关键因素，进行了一系列的实验对其进行验证，最终建立了介导长寿的组织特异性反应模型：
图4 介导长寿的组织特异性反应模型
研究者选择蛋白组学层面，而非传统的转录组对果蝇组织特异性蛋白组进行研究，通过在果蝇中突变IIS或者移除dFOXO来观察相应蛋白组的变化，并选择四个胰岛素敏感的组织作为主要研究对象：脑、肠、脂肪体和肌肉。
研究表明，当系统性减少IIS活性时，主要的变化都是组织特异性的，并且其中60%都没有在之前的转录组研究中发现。在脂肪体中，与核糖体和线粒体电子传递链相关的蛋白表达都有明显的差异，并导致翻译减少和线粒体呼吸增加。在肠中则是与蛋白酶体-泛素化介导的代谢相关，并且与蛋白酶体的组装和活性相关。在脂肪体和肠中，呼吸和蛋白酶体活性的增加都是IIS突变体长寿的关键因素。更重要的是，在脂肪体和肠中控制线粒体产生或者蛋白酶体活性可以延长野生型果蝇的寿命。
本文通过蛋白组学分析揭示了果蝇各个组织，通过不同生理活动来改善衰老所带来的影响的具体机制，为后续其他生物体内、包括人体不同组织介导长寿的具体机理的研究，提出了启发和方向。
参考文献：
1 Tain LS, et al. A proteomic atlas of insulin signalling reveals tissue-specific mechanisms of longevity assurance. Mol Syst Biol 2017; 13:939.
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