Rapalink-1揭示裂殖酵母中TOR依赖性基因及基于胍丁胺能轴的代谢反馈调控TOR活性与寿命的新机制

本研究针对第三代双位点TOR抑制剂Rapalink-1在模式生物裂殖酵母中的生物学效应未明确的问题，通过多组学分析揭示其通过特异性抑制TORC1延长寿命的新功能。研究发现内体-液泡运输通路介导药物耐药性，并首次阐明胍丁胺酶（agmatinases）通过代谢反馈回路调控TOR活性、蛋白质翻译水平与衰老进程的分子机制，为靶向TOR通路的新型抗衰老策略提供理论基础。

　　

在探索衰老机制的漫长科学征程中，雷帕霉素靶蛋白（Target of Rapamycin, TOR）信号通路始终占据着中心舞台。作为细胞感知营养状态、调控代谢与生长的核心枢纽，TOR通过整合多种信号输入来协调蛋白质合成、自噬等关键生物学过程。已知的TOR抑制剂如雷帕霉素（rapamycin）和torin1虽能延长多种模式生物的寿命，但第一代抑制剂存在靶点特异性不足，第二代ATP竞争性抑制剂可能影响多重通路等问题。近年来问世的第三代双位点抑制剂Rapalink-1，理论上兼具高选择性与强效性，但其对机体基因表达谱和寿命调控的具体影响仍属未知。

为此，英国伦敦玛丽女王大学的研究团队在《Communications Biology》发表重要研究，以经典模式生物裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）为模型，系统解析了Rapalink-1的生物学效应。研究发现，该药物能特异性抑制TORC1复合物（TOR complex 1），引发细胞分裂提前、细胞尺寸减小等典型表型，并显著延长酵母的时序寿命（chronological lifespan, CLS）。通过全基因组筛选技术，研究者锁定内体（endosome）与液泡介导的运输过程以及自噬相关稳态调节是细胞对Rapalink-1产生耐药的关键机制。更引人注目的是，转录组分析意外发现所有胍丁胺酶（agmatinase）编码基因——包括agm1、agm2与agm3——均受TORC1负向调控。这些酶催化胍丁胺（agmatine）转化为腐胺（putrescine）和尿素，是精氨酸代谢分支上的关键节点。

为深入探索胍丁胺代谢与寿命的关联，研究者开展了针对胍丁胺与腐胺的全基因组适应性筛选，并结合胍丁胺酶Agm1的遗传互作组（genetic interactome）分析。结果表明，破坏胍丁胺能（agmatinergic）代谢分支虽可促进生长，却会升高TOR活性，最终导致时序寿命缩短。这一发现揭示了精氨酸分解代谢中存在一条此前未知的代谢反馈回路：当TOR活性被抑制时，胍丁胺酶表达上调，通过降解胍丁胺维持TOR活性的低水平状态，从而确保细胞在营养匮乏或压力环境下得以存活并延缓衰老。

本研究综合运用了以下关键技术方法：①基于高通量酵母缺失型突变体库的化学基因组学筛选；②RNA测序（RNA-seq）及qPCR验证TOR调控的转录组变化；③时序寿命测定（chronological lifespan assay）及统计检验（log-rank test）；④蛋白质免疫印迹（Western blot）分析TOR下游信号分子（如磷酸化S6、eIF2α、Maf1等）的活化状态；⑤合成遗传阵列（Synthetic Genetic Array, SGA）绘制agm1的遗传互作网络；⑥细胞生物学表型分析（细胞尺寸测量、分裂指数统计及蛋白定位观察）。

Rapalink-1影响裂殖酵母细胞周期进程、细胞尺寸和TORC1依赖的过程

研究显示，100 nM Rapalink-1处理能引起裂殖酵母有丝分裂指数升高和分裂时细胞尺寸减小，效果与rapamycin类似但动力学特征存在差异。Western blot分析证实该药物处理5小时后可导致翻译起始因子eIF2α磷酸化水平上升、Pol III抑制因子Maf1去磷酸化，且不影响AMPK（Ssp2）及TORC2下游底物Gad8的磷酸化状态，说明其作用具有TORC1选择性。此外，Rapalink-1能诱导转录因子Gaf1快速核转位，并显著延长野生型酵母时序寿命，该效应依赖于雷帕霉素结合蛋白Fkh1。

全基因组筛选揭示内体相关过程在Rapalink-1应答中的作用

在100 nM和300 nM Rapalink-1条件下对3271个缺失突变体进行适应性筛选，发现敏感株富集于翻译、硫代谢及线粒体膜组织等功能类别，而耐药株则与液泡运输、ESCRT复合体功能及自噬过程密切相关，表明内膜系统稳态是介导TOR抑制剂效应的关键基础。

Rapalink-1依赖性基因表达指向与衰老相关的TORC1调控基因

转录组分析显示Rapalink-1引起更显著的基因表达重编程（PCA1=71.36%），其中277个基因特异性上调，87个基因特异性下调。胍丁胺酶基因（agm1, agm2, agm3）均被强烈诱导。寿命实验证实单敲或双敲胍丁胺酶基因均导致时序寿命缩短，且Rapalink-1处理仍能部分延长突变体寿命，提示这些酶在寿命调控中具有重要功能且存在功能补偿。

胍丁胺与腐胺影响生长、代谢和寿命

对胍丁胺（15 mM）和腐胺（25 mM）的全基因组筛选显示二者均影响精氨酸代谢相关突变体的适应性。表型分析表明外源胍丁胺的寿命延长效应比腐胺更强，且在胍丁胺酶突变背景下仍能显著延长寿命，说明其可能通过多机制协同发挥抗衰老作用。

Agm1互作组揭示代谢介导的TOR活性调控机制

Agm1的遗传互作组分析发现，与TORC1核心组分tco89存在负遗传互作，而与应激感应因子gcn1和fil1呈正遗传互作。Agm1缺失突变体细胞尺寸增大、S6磷酸化水平升高且eIF2α磷酸化水平降低，均提示其TORC1活性异常升高。双突变体分析表明agm1在寿命表型上对tco89具上位性，证明胍丁胺代谢处于TOR调控回路的下游。

本研究首次阐明第三代TOR抑制剂Rapalink-1通过特异性抑制TORC1复合物调控时空生长并延长时序寿命的作用机制，发现内体-液泡运输网络是介导药物反应的关键通路。更重要的是，研究揭示了精氨酸代谢中的胍丁胺能分支作为新型代谢检查点，通过负反馈调节TOR活性影响衰老进程。该代谢回路在营养匮乏时被激活，通过胍丁胺酶维持TOR低活性状态，从而促进应激抵抗和寿命延长。这些发现不仅为靶向TOR的抗衰老策略提供了新视角，也为理解多胺代谢在衰老相关疾病中的作用提供了重要理论依据。