ARMH4通过维持正向反馈生长信号环路加速机体衰老的机制研究

《Nature Communications》：ARMH4 accelerates aging by maintaining a positive-feedback growth signaling circuit

本研究针对衰老进程中生长信号通路过度激活的难题，揭示了单次跨膜蛋白ARMH4在促进多器官衰老中的关键作用。研究人员通过构建全身性Armh4基因敲除小鼠模型，结合多组学分析及细胞实验，发现ARMH4通过与IGF1R/FGFR1相互作用，敏化PI3K-AKT-mTORC1和Ras-MEK-ERK信号通路，同时通过调控c-Myc形成正向反馈回路，最终导致蛋白质稳态失衡和自噬功能下降。该研究为干预衰老相关疾病提供了新靶点，发表于《Nature Communications》。

　　

随着社会经济发展和医疗服务水平提升，全球人口预期寿命持续增长，人口老龄化趋势日益显著。然而，寿命延长并不等同于健康寿命的延长，衰老过程中伴随的多器官功能衰退给医疗卫生系统带来沉重负担。实现健康衰老（Healthy Aging）——即延长健康寿命而非单纯追求长寿，已成为当今生命科学领域的重大挑战。衰老是遗传和环境因素共同作用下器官功能逐渐衰退的必然过程，其细胞分子特征包括蛋白质稳态失衡、自噬功能下降、营养感应失调、细胞衰老加剧等。其中，mTOR（mechanistic target of rapamycin）作为营养感应网络的核心，其活性与衰老进程密切相关，抑制mTOR可延长模式生物寿命，但因其在细胞存活中的关键作用，临床应用仍面临挑战。

尽管显著延长人类寿命目前仍难以实现，但热量限制、运动等干预手段已被证实可延缓衰老。异种共生（heterochronic parabiosis）研究表明，年轻小鼠血液能够逆转老年小鼠多器官功能衰退，提示通过靶向血液因子逆转衰老病理过程具有可行性。研究团队前期在健康衰老人群队列的蛋白质组学分析中，发现9种与年龄相关的性别非依赖性因子，其中ARMH4（armadillo like helical domain containing 4）与发育和衰老关键因子IGF1（insulin like growth factor 1）聚类在一起。ARMH4是一种单次跨膜蛋白，其生物学功能研究有限，在衰老中的作用尚不明确。

发表在《Nature Communications》的这项研究，首次通过全身性Armh4基因敲除小鼠模型，系统揭示了ARMH4通过维持正向反馈生长信号环路加速机体衰老的新机制。研究人员发现ARMh4缺失可显著降低小鼠自发死亡率、延长最大寿命，延缓心脏、肝脏、肾脏和脾脏等器官的年龄相关病理改变。机制上，ARMH4与IGF1R（insulin like growth factor 1 receptor）/FGFR1（fibroblast growth factor receptor 1）相互作用，敏化PI3K-AKT-mTORC1和Ras-MEK-ERK通路激活，促进蛋白质合成并抑制自噬。同时，ARMH4通过调控转录因子c-Myc维持IGF1R/FGFR1表达，形成正向反馈生长信号环路，从而促进衰老进程。

研究采用多学科技术方法，包括基因编辑技术构建全身性Armh4敲除小鼠模型、蛋白质组学和转录组学（RNA-seq）分析、细胞衰老模型（H₂O₂和D-半乳糖诱导）、蛋白质相互作用研究（Co-IP、免疫荧光）、信号通路活性检测（Western blot）、自噬流分析（GFP-LC3-RFP探针）以及双荧光素酶报告基因实验等。研究队列涉及健康衰老人群样本和不同月龄的小鼠模型。

Armh4缺失促进健康衰老并延长寿命

研究人员首先验证了ARMH4在人类和小鼠多个组织中的年龄相关性下调。通过CRISPR-Cas9技术构建全身性Armh4敲除（KO）小鼠，发现Armh4缺失不影响小鼠生育能力，但显著改善老年小鼠毛发状态、运动功能和器官病理改变。生存分析显示，Armh4缺失可降低衰老相关死亡率，延长最大寿命。在雌性小鼠中，Armh4缺失使性成熟推迟一周，这与进化理论中寿命与生殖年龄相关的预测一致。

Armh4缺失延缓肝脏细胞衰老和代谢功能障碍

在器官水平上，研究重点分析了肝脏衰老表型。25月龄Armh4-KO小鼠肝脏免疫细胞浸润和纤维化显著减轻，衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性和SASP（senescence-associated secretory phenotype）因子表达降低。葡萄糖耐量试验（GTT）显示Armh4缺失影响葡萄糖稳态，且这种调节不依赖于胰岛素信号。Armh4缺失还显著逆转了衰老肝脏中胆固醇代谢相关基因的异常表达。

Armh4缺失延缓心脏衰老

心脏功能评估发现，Armh4缺失显著改善老年小鼠舒张功能，减轻年龄相关的心室肥厚和心肌纤维化。RNA-seq分析显示，Armh4缺失使衰老心脏转录组向年轻状态偏移，特别是逆转了Zbp1、S100a9、B2m、Hspa1b等衰老相关基因的表达。功能富集分析表明，Armh4主要影响免疫炎症相关通路。

ARMH4通过mTOR调节蛋白质稳态

细胞实验证实ARMH4在多种细胞类型中均发挥促衰老作用。机制上，ARMH4通过增强蛋白质合成和抑制自噬破坏蛋白质稳态。Puromycin掺入实验显示Armh4缺失降低蛋白质合成速率，同时自噬标志物p62表达下降、LC3-II/I比值升高，表明自噬流增强。这些过程受mTOR信号通路调控，ARMH4可同时激活mTORC1和mTORC2。

ARMH4调节营养感应信号网络

ARMH4对生长信号通路的调控位于上游环节。Co-IP和免疫荧光实验证实ARMH4与IGF1R/FGFR1直接相互作用，AlphaFold3结构预测显示ARMH4通过特定结构域（氨基酸611-621）与IGF1R结合。抑制剂实验发现，IGF1R和FGFR1分别介导ARMH4对mTORC2/Akt和mTORC1/p70S6K的激活，表明两条通路存在差异化调控。

ARMH4通过c-Myc维持正向反馈生长信号环路

令人惊讶的是，ARMH4不仅增强IGF1R/FGFR1信号活性，还通过调控c-Myc表达维持受体蛋白水平。双荧光素酶报告基因实验证实ARMH4通过翻译水平促进c-Myc表达，而c-Myc可结合Igf1r/Fgfr1启动子区域，形成正向反馈回路。c-Myc敲低可逆转ARMH4对下游信号、蛋白质合成和自噬的调控作用。

本研究首次在体内证实ARMH4作为促衰老因子，通过构建"ARMH4-IGF1R/FGFR1-信号通路-c-Myc-受体表达"的正向反馈环路，持续放大生长信号，驱动衰老进程。该发现不仅深化了对衰老程序化理论的理解，更重要的是提供了通过靶向ARMH4干预衰老进程的新策略。与传统直接抑制mTOR等核心通路相比，靶向ARMH4可能实现更精确的生长信号调控，避免严重副作用，为促进健康衰老和延长健康寿命提供了有前景的转化研究方向。