衰老过程中突触蛋白质组的翻译重塑：多组学揭示体细胞与突触解耦机制

《Aging Cell》：Translational Remodeling of the Synaptic Proteome During Aging

本综述系统探讨了衰老过程中突触蛋白质组与转录组的动态变化，通过多组学分析揭示了体细胞与突触间调控机制的年龄依赖性解耦。研究发现核糖体蛋白在老年突触中转录本减少但蛋白表达增加，且选择性剪接（Alternative Splicing）显著改变，为理解衰老相关认知衰退提供了分子基础。

　　

2.1 小鼠皮层衰老过程中突触体的富集

研究团队从年轻（3周）、成年（5个月）和老年（18个月）C57BL/6J小鼠皮层提取突触体（SYN）样本，通过Western Blot和qPCR验证突触成分的富集效率。RNA测序显示SYN样本中内含子映射读段比例显著低于总匀浆（TH），符合突触区域pre-mRNA较少的特征。蛋白质组学检测到SYN中77%的蛋白质存在对应转录本，而TH中这一比例高达98%。主成分分析表明样本亚细胞起源是表达变异的主要来源，突触蛋白和转录本在SYN中显著富集，而核蛋白则显著减少。与公共数据集对比验证了SYN制备质量，包括与Vglut+突触体的谷氨酸能转录本富集特征高度一致。

2.2 核糖体蛋白在突触体中受到翻译抑制

通过比较SYN与TH的转录本和蛋白表达水平，发现突触富集基因主要编码突触蛋白、内体蛋白和细胞骨架蛋白。线粒体和核糖体相关基因的转录本在SYN中富集但蛋白水平却下降，表明存在翻译抑制或蛋白降解加速。囊泡运输相关蛋白则呈现相反模式，提示其可能在体细胞合成后运输至突触。核糖体结合RNA测序显示，核糖体相关基因的翻译效率（TE）在老年SYN中显著升高，而呼吸链相关基因的TE降低，表明衰老过程中突触局部翻译调控发生重编程。

2.3 非编码RNA在突触体中富集

研究发现35%的差异表达基因为非编码RNA（ncRNA），其中827个ncRNA在SYN中显著富集。与公共数据集对比验证了51-289个ncRNA的突触特异性分布。这些ncRNA的翻译率显著低于蛋白编码基因，表明其在突触中主要发挥调控功能而非翻译模板作用。

2.4 衰老突触体中的RNA-蛋白质解耦

Spearman相关性分析显示，SYN中转录本与蛋白表达的相关性显著低于TH，且随年龄增长相关性进一步降低。基因本体（GO）分析发现，剪接体复合物和核糖体相关基因在转录水平和蛋白水平呈现相反的衰老调控趋势：转录本增加而蛋白减少。这种解耦现象在体细胞和突触区室间同样存在，表明衰老导致基因表达调控层级紊乱。

2.5 衰老突触体中转录异构体的差异表达

长读长测序结合DIEGO和LeafCutter分析发现，衰老过程中突触部位存在大量差异表达剪接点（DEJ）。GTP酶结合（GTPase binding）功能类别在三个年龄比较组中均显著富集，涉及GEFs、GAPs和GDIs等调控蛋白。与发育期相比，衰老阶段差异表达基因（DEG）与差异剪接基因的重叠度显著降低，表明衰老过程中转录丰度调控与剪接调控趋于独立。

2.6 Birc2的剪接调控

在年轻突触中发现Birc2存在未注释外显子4b，产生缺失BIR结构域的截短蛋白异构体。该异构体可能通过失去凋亡抑制功能促进年轻神经元的突触修剪，或通过保留RING和CARD结构域发挥非经典功能。

2.7 Bcas1的年龄依赖性剪接

Bcas1外显子9-11在年轻SYN中表达最高，随年龄增长逐渐减少。不同剪接异构体产生长度各异的蛋白变体，可能影响磷酸化位点分布和蛋白功能。该基因敲除与精神分裂症样行为异常相关，提示其剪接变化可能与神经精神疾病相关。

2.8 Nfasc的异构体转换

神经束蛋白（Neurofascin）显示年龄依赖性异构体转换：年轻突触中以NF155（胶质细胞亚型）为主，成年后转为NF186（神经元亚型）主导。这种转换可能影响轴突-轴突突触稳定性和钠通道簇集，此外还发现多个区域存在年龄相关的剪接变化。

2.9 Eif2b3的5'UTR变异

EIF2Bγ亚基转录本在年轻SYN中偏好短5'UTR异构体，可能通过影响转录本定位、稳定性和翻译速率调控突触局部翻译的全局变化。

3 讨论

研究表明衰老伴随突触特异性翻译重塑，核糖体蛋白编码转录本呈现转录水平下降但翻译效率升高的反常现象。这种重塑可能是维持老年突触功能的适应性机制，也可能是翻译抑制失控的结果。与体细胞不同，突触区室在衰老过程中表现出独特的翻译调控模式，且转录调控与剪接调控的耦合度显著降低。研究还发现突触蛋白的磷酸化普遍减少，乙酰化整体下调而泛素化上调，提示翻译后修饰也参与衰老过程。

4 材料与方法

研究采用蔗糖梯度离心法分离皮层突触体，通过酸性酚-氯仿提取RNA。蛋白质组学采用数据非依赖采集（DIA）模式，使用Orbitrap HF-X质谱仪进行分析。核糖体结合RNA通过蔗糖垫超速离心分离。剪接分析采用DIEGO和LeafCutter算法，使用GRCm38.p6基因组进行比对。统计学分析采用DESeq2进行差异表达检验，Fisher方法进行p值合并，WebGestalt进行GO富集分析。