胶原蛋白基因COL25A1中与百岁老人相关的单核苷酸多态性通过调节p38 MAPK/YAP-1通路和免疫应答促进长寿机制研究

本研究针对人类长寿相关遗传机制尚未明确的问题，通过功能基因组学方法揭示了COL25A1基因中百岁老人特有的S116L变异通过调节furin酶切、细胞外域脱落和天然免疫应答，依赖p38 MAPK/YAP-1信号通路显著延长线虫寿命的分子机制，为衰老干预提供了新靶点。

　　

在探索人类长寿奥秘的科学研究中，遗传因素一直扮演着关键角色。虽然全基因组关联研究(GWAS)已识别出多个与长寿相关的基因位点，但大多数发现的生物学机制仍不明确。特别是在2001年，Puca团队通过对长寿同胞对的研究，在人类4号染色体上发现了一个与极端长寿显著相关的区域，但由于当时人类基因组测序尚未完成，该区域的具体基因和变异未能得到解析。

随着衰老生物学研究的深入，科学家们逐渐意识到细胞外基质(ECM)的变化可能与衰老过程密切相关。胶原蛋白作为细胞外基质的主要组成部分，其变异是否以及如何影响寿命，成为了一个值得深入探索的科学问题。在众多胶原蛋白基因中，COL25A1引起了研究人员的特别关注，因为此前的研究发现它与健康衰老表型相关，但缺乏机制上的验证。

为了解决这一问题，苏黎世联邦理工学院转化医学研究所的研究团队开展了一项跨物种研究。他们利用线虫(C. elegans)作为模式生物，系统地研究了人类COL25A1基因的同源基因col-99的功能，特别是关注了一个在百岁老人中发现的单核苷酸多态性(SNP)S116L（在线虫中为S106L）对寿命的影响。

研究人员采用了多种关键技术方法：通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了携带S106L点突变的线虫模型；利用自动化寿命分析系统进行大规模寿命测定；采用体外furin酶切实验分析胶原蛋白加工过程；通过RNA测序进行转录组分析；使用RNA干扰技术筛选关键信号通路；借助荧光报告基因系统监测基因表达和蛋白定位变化。

Introduction of centenarian COL25A1 SNP in C. elegans ortholog col-99

研究人员首先确定了4号染色体上的人类长寿相关区域包含108个ensembl特征，其中33个是蛋白质编码基因。通过交叉参考长寿相关的GWAS研究，他们发现胶原蛋白基因COL25A1与人类健康衰老显著相关。在线虫中，col-99基因的功能缺失突变会导致寿命缩短，而过表达全长COL-99蛋白则不影响寿命，表明COL25A1对长寿的影响具有复杂机制。

S106L SNP in col-99 extends lifespan in C. elegans

研究人员将人类S116L SNP引入线虫col-99基因中（S106L），发现该突变能使线虫平均寿命延长约26%。通过CRISPR技术独立构建的S106L突变体也显示类似的寿命延长效果。这些突变体发育略有延迟，但对氧化应激和热应激更为敏感，表明寿命延长并非通过应激抵抗途径介导。

The extracellular domain of COL-99 is sufficient for increased longevity

由于S106L突变靠近保守的furin酶切位点，研究人员假设该突变可能影响furin介导的酶切过程。表达COL-99细胞外域的实验表明，仅细胞外域就足以使线虫寿命延长约11%。体外酶切实验显示，S106L突变使furin酶切速率略微降低。

Phosphorylation may alter shedding of COL-99

生物信息学分析预测S106位点可能被磷酸化，而磷酸化可能抑制COL-99的脱落。研究人员构建了磷酸模拟突变S106D，发现该突变不能延长寿命，支持了磷酸化调节furin酶切的模型。

Innate immune response is upregulated in col-99(gk694263[S106L]) mutants

转录组分析显示，col-99(gk694263[S106L])突变体中天然免疫应答基因上调，氧化还原过程相关基因下调。免疫反应报告基因T24B8.5p::GFP在突变体中的表达增加了两倍。

The P38 MAPK pathway is required for longevity extension by col-99(gk694263[S106L])

通过RNAi筛选，研究人员发现tir-1、osm-9和yap-1基因是col-99(gk694263[S106L])介导的免疫应答上调所必需的。寿命实验表明，tir-1、pmk-1(p38 MAPK)和yap-1对于col-99(gk694263[S106L])突变体的寿命延长至关重要。Western blot分析显示突变体中PMK-1磷酸化水平升高。

研究结论表明，COL25A1基因中的S116L变异通过调节furin介导的酶切过程，改变胶原蛋白细胞外域的脱落，进而激活包含osm-9、tir-1、pmk-1和yap-1的非经典免疫应答通路，最终促进长寿。这一发现不仅揭示了ECM重塑在衰老过程中的重要作用，还为开发针对年龄相关疾病的治疗策略提供了新的分子靶点。

讨论部分强调，该研究首次验证了COL25A1基因中特定编码变异对长寿的因果作用，并阐明了其分子机制。这种通过调节胶原蛋白加工和免疫信号通路来影响寿命的机制可能在人类中同样存在，因为人类百岁老人研究也发现COL25A1变异与健康衰老相关。研究还指出，细胞外磷酸化可能是一种重要的翻译后修饰调节机制，值得进一步研究。

该研究的局限性在于使用线虫作为模型生物，可能无法完全复现人类衰老的复杂性。未来研究需要验证S116L变异在哺乳动物系统中的直接适用性，并阐明COL-99细胞外域与其信号伙伴之间的直接相互作用机制。

这项发表在《npj Aging》上的研究为理解遗传因素如何通过调节细胞外基质动态和免疫信号通路来影响寿命提供了重要见解，推动了衰老生物学领域的发展，并为未来开发延长健康寿命的干预措施奠定了理论基础。