胶质细胞碱性化通过激活保护性通路延长寿命和健康寿命的机制研究

本研究针对衰老过程中特定细胞类型调控机制不清的问题，开展了关于线虫AMsh胶质细胞中氯离子通道clh-1缺失如何影响机体衰老的研究。研究发现clh-1缺失通过碱化胶质细胞胞内pH，激活DAF-16/FoxO依赖的保护性通路（包括自噬和抗氧化防御），从而延长寿命、改善健康寿命并增强应激抵抗。该研究首次揭示了胶质细胞pHi在调控机体衰老中的核心作用，为理解神经系统在衰老中的协调功能提供了新视角。

　　

衰老是一个受遗传和环境因素共同影响的复杂生物学过程，但调控整个机体衰老的具体细胞类型和分子机制尚未完全阐明。近年来研究表明，神经系统不仅能感知年龄相关变化，还能主动调控机体衰老进程。其中，胶质细胞作为神经系统的重要组成部分，通过维持离子稳态等机制对神经元功能起着关键支持作用。然而，随着年龄增长，胶质细胞功能会发生从保护性向促炎性和退行性的转变，但其在衰老过程中的具体作用机制仍有待探索。

在这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究中，科学家们以模式生物秀丽隐杆线虫为模型，深入研究了胶质细胞离子通道CLH-1在衰老过程中的作用。CLH-1是一种主要在AMsh胶质细胞中表达的氯离子通道，属于ClC家族，其哺乳动物同源物为ClC2。研究人员发现，缺失clh-1基因的线虫表现出寿命延长、健康寿命改善、应激抵抗增强以及神经元损伤减少等表型。

为开展这项研究，研究人员综合运用了多种关键技术方法：利用基因敲除和转基因技术构建了clh-1缺失和回补品系；通过寿命实验和应激抵抗实验评估衰老表型；采用RNA测序分析全基因组转录变化；使用pH荧光探针监测细胞内pH动态变化；通过细胞特异性基因操作确定关键细胞类型；利用亨廷顿病模型评估神经保护作用。

研究结果部分，首先发现clh-1缺失延长寿命并改善健康寿命。研究人员通过寿命实验证实，clh-1敲除线虫的中位寿命显著延长，且这种效应可通过在AMsh胶质细胞中特异性回补clh-1而逆转。同时，老年clh-1敲除线虫保持了更年轻的运动能力，表现为波浪起始频率、运动速度和活动指数等参数优于野生型。

clh-1缺失介导的寿命延长不依赖于感觉功能。通过构建clh-1;che-2双突变体，研究人员发现其寿命比单突变体更长，表明clh-1和che-2通过不同通路影响寿命。此外，与感觉神经元功能相关的deg-1突变体反而表现出寿命缩短，进一步支持了clh-1的作用机制独立于感觉功能。

转录因子DAF-16/FoxO是clh-1敲除介导寿命延长和氧化应激抵抗所必需的。daf-16;clh-1双突变体的寿命延长表型消失，且clh-1敲除线虫在氧化应激条件下表现出更强的DAF-16核转位。这些结果表明DAF-16在介导clh-1缺失的保护效应中起核心作用。

RNA-seq分析揭示clh-1缺失激活多种保护性通路。转录组分析发现1672个基因的表达变化同时依赖于clh-1缺失和daf-16功能，包括FoxO信号通路、自噬、无机阴离子跨膜转运等通路被激活，而氧化磷酸化和脂肪酸代谢过程被抑制。

自噬在clh-1敲除线虫的AMsh胶质细胞中上调。通过监测自噬标志物LGG-1/ATG8的表达和点状结构形成，研究人员发现clh-1敲除导致胶质细胞中自噬活性增强，且这种效应具有全局性，在其他组织中也观察到自噬上调。

clh-1缺失在亨廷顿病模型中具有保护作用。在表达多聚谷氨酰胺（polyQ）的神经退行性疾病模型中，clh-1敲除显著减少了神经元中polyQ聚集物的积累，表明其对神经退行性病变具有保护作用。

大鼠ClC2可逆转clh-1缺失带来的益处。研究人员发现大鼠ClC2通道能在clh-1敲除线虫中部分回补表型，表明CLH-1的功能在物种间具有保守性。

氧化应激和阴离子转运基因的敲低逆转clh-1敲除的氧化应激抵抗。通过基因敲低实验，证实nsy-1和skpo-2等氧化应激相关基因以及阴离子转运蛋白abts-3在介导clh-1缺失的保护效应中起关键作用。

碳酸酐酶CAH-4调控AMsh胶质细胞pH_i。研究发现cah-4敲低可逆转clh-1敲除导致的胶质细胞碱化，而过表达cah-4则能模拟clh-1敲除的表型，表明CAH-4是调控胶质细胞pH的关键因子。

胶质细胞碱性pH介导clh-1敲除的氧化应激抵抗。最终实验证实，通过调控cah-4表达改变胶质细胞pH_i，可相应影响线虫的氧化应激抵抗能力和寿命，明确建立了胶质细胞碱性pH与衰老保护之间的因果关系。

研究结论表明，AMsh胶质细胞中clh-1缺失通过导致细胞碱化，激活DAF-16依赖的保护性转录程序，进而上调自噬和抗氧化防御等通路，最终实现寿命延长和健康改善。这一发现不仅揭示了胶质细胞pH稳态在衰老调控中的重要作用，还为理解神经系统如何协调机体衰老提供了新机制。特别值得注意的是，胶质细胞碱化还能保护 against神经退行性病变，如亨廷顿病，这为开发针对年龄相关疾病的新干预策略提供了潜在靶点。该研究的创新性在于首次将胶质细胞离子稳态、pH调控和机体衰老联系起来，提出了胶质细胞pH作为衰老调控枢纽的新概念，为衰老生物学研究开辟了新的方向。