可变剪接调控对哺乳动物最大寿命的影响：一项跨物种多组织研究

《Nature Communications》：The implications of alternative splicing regulation for maximum lifespan

本研究针对哺乳动物最大寿命（MLS）差异的分子机制尚不明确的问题，通过对26种哺乳动物6个组织的跨物种分析，揭示了可变剪接（AS）作为独立于转录调控的寿命调控新维度。研究发现大脑组织中存在大量特异性MLS相关AS事件，这些事件富集于mRNA加工、应激反应和神经元功能等通路，且与年龄相关AS事件重叠有限。特别值得注意的是，MLS相关AS事件显示出比年龄相关事件更强的RNA结合蛋白（RBP） motif协调性，表明寿命决定存在更精细的遗传编程适应。该研究为理解长寿的分子基础提供了新见解。

　　

在生物学领域，哺乳动物最大寿命（maximum lifespan, MLS）存在超过百倍的惊人差异，从短短2.2年到长达37年不等。这种巨大的寿命差异背后隐藏着怎样的分子秘密？传统研究多聚焦于基因表达水平的调控，然而转录后调控机制，特别是可变剪接（alternative splicing, AS）在寿命决定中的作用却鲜为人知。可变剪接能让单个基因产生多个功能各异的蛋白质异构体，是增加蛋白质多样性的重要机制。随着比较转录组学的发展，科学家们开始探索这一未被充分认识的调控层面是否在物种寿命差异中扮演关键角色。

近日发表在《Nature Communications》上的研究给出了突破性答案。由Wei Jiang、Sika Zheng和Liang Chen团队开展的研究，通过对26种哺乳动物六种组织进行跨物种分析，首次系统揭示了可变剪接作为独立于基因表达的寿命调控新轴心。研究人员不仅发现了数百个与最大寿命显著相关的保守剪接事件，还意外地发现大脑组织中的寿命相关剪接事件数量是外周组织的两倍，且大脑与体型相关的剪接重叠度最低，这表明大脑可能通过独特的剪接调控机制参与寿命决定。

研究团队采用整合分析流程，包括转录组组装和序列比较，成功鉴定了1974个在至少10个物种中保守的同源可变剪接事件。其中，外显子跳跃（cassette exon）是最常见的类型，占所有保守事件的33.4%，且保守率最高。相反，尽管可变第一个外显子（alternative first exon, AF）在单个物种中频繁出现，却没有一个事件满足保守性标准。这一精心设计的同源事件鉴定策略为后续的跨物种比较分析奠定了坚实基础。

关键技术方法方面，研究整合了来自基因表达综合数据库（GEO）的26种哺乳动物六个组织的577个RNA-seq样本，利用de novo转录组组装和SUPPA工具鉴定七种可变剪接类型。对于人类年龄相关分析，采用GTEx联盟数据并应用弹性网络回归模型（elastic net regression）控制多种协变量。系统发育独立对比（phylogenetically independent contrasts, PIC）用于校正物种间进化关系，RBPmap工具用于RNA结合蛋白（RBP）motif富集分析。

MLS相关可变剪接事件的鉴定

研究团队通过计算每个剪接事件的百分比剪接指数（percent-spliced-in, PSI）与物种最大寿命的Spearman相关系数，在六个组织中平均鉴定出220-270个与MLS显著相关的AS事件。总计731个（37%）保守AS事件至少在一种组织中显示MLS关联，这一比例显著高于仅20%的基因表达与MLS相关的情况，表明可变剪接捕获了独特的寿命相关信号。

体型与寿命相关剪接事件的关系

考虑到较大体型哺乳动物通常具有较长寿命的已知现象，研究人员探索了体型（body mass, BM）相关AS事件与MLS相关事件的关系。结果显示，BM相关AS事件与MLS相关事件显著重叠，支持长寿与体型间的相互关联。特别值得注意的是，大脑中MLS与BM相关剪接事件的重叠度最低，Jaccard指数值最小，表明在大脑中，寿命和体型的AS水平调控相对独立。

大脑中MLS相关可变剪接事件的独特模式

大脑组织展现出最显著的组织特异性MLS相关AS事件，其独特事件数量是其他组织的2-3倍。层次聚类分析进一步揭示，对于呈现组织依赖性差异关联的AS事件，其分歧主要发生在大脑与外周组织之间。某些AS事件在大脑中呈现正相关，而在其他组织中呈负相关，反之亦然。

MLS相关可变剪接的功能富集

功能富集分析显示，MLS相关AS基因显著富集于mRNA加工、应激反应、神经元功能和表观遗传调控等功能类别。应激反应相关通路包括应激颗粒组装、病毒防御反应负调控、PI3K/PKB信号转导调控等，这些机制对维护细胞和机体完整性至关重要。此外，mRNA加工步骤和调控机制也显著富集，包括可变mRNA剪接调控、mRNA稳定化和翻译起始调控等。

寿命延长干预对MLS相关可变剪接的影响

为探索寿命延长干预是否影响MLS相关AS事件，研究人员分析了经妊娠相关血浆蛋白A（PAPP-A）抑制剂处理的小鼠。结果显示，与MLS正相关的事件在治疗小鼠中更易被上调（外显子包含增加），而负相关事件最不可能被上调。这表明长寿增强干预倾向于增加与长寿命物种正相关的外显子包含，使剪接谱更接近长寿命物种。

人类组织中的年龄相关可变剪接事件

利用GTEx数据，研究人员还研究了人类多个组织中AS变化与年龄的关系。弹性网络回归模型在每种组织或亚型中发现了相似数量的年龄相关AS事件。大脑亚组织通常表现出较高的两两相似性，但许多年龄相关AS事件特定于单个亚组织。大脑亚组织总计贡献了超过1000个独特的年龄相关AS事件，显著多于其他组织类型。

MLS和年龄共同相关可变剪接事件在内在无序蛋白中富集

研究人员鉴定了139个同时与人类年龄和物种最大寿命相关的AS事件。这些重叠事件对应的基因高度富集于“区域：无序”（REGION: Disordered）GO术语，即90.6%的基因编码内在无序蛋白（intrinsically disordered proteins, IDPs）。这些蛋白以缺乏固定三维结构为特征，在蛋白质相互作用和信号转导中发挥重要作用。

RNA结合蛋白对MLS和年龄相关AS事件的调控

通过分析相关外显子附近的RNA结合蛋白（RBP）motif，研究发现MLS相关AS组比年龄相关AS组显示出显著更高的RBP motif富集度，表明MLS相关事件受到更协调的RBP调控。许多富集的RBP已知参与衰老过程，包括神经退行性变、细胞衰老和应激反应。

层次聚类分析揭示了RBP和MLS相关AS事件的两个显著簇。簇1包含51个RBP和225个MLS相关剪接事件，簇2包含24个RBP和107个事件。这些簇中的多个RBP在衰老和长寿中具有已知作用，如CPEB1、CPEB4、ELAVL4和HuR等。

研究结论强调，可变剪接是寿命调控的一个独特且独立于转录的轴心，尤其在脑中表现出特异性调控模式。MLS相关剪接事件显示出比年龄相关事件更强的RBP motif协调性，表明寿命决定存在更精细的遗传编程适应。与年龄相关剪接事件相比，MLS相关事件在内在无序蛋白区域富集程度更高，提示通过增强蛋白质可塑性和应激适应性促进长寿的机制。这些发现不仅深化了对寿命调控分子基础的理解，也为干预年龄相关疾病提供了新靶点。

该研究的局限性包括细胞类型组成可能对剪接推断产生影响，以及缺乏非模式生物的RBP motif数据。未来单细胞RNA-seq研究和更多物种的RBP结合数据将有助于揭示剪接调控在寿命决定中的细胞类型特异性和进化动态。总体而言，这项全面的跨哺乳动物分析为理解最大寿命的演化提供了新视角，确立了可变剪接作为基因表达调控之外的关键调控层。