靶向PGAM1-Chk1异常互作：通过干预糖酵解通路清除衰老细胞治疗衰老相关疾病的新策略

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Abrogation of aberrant glycolytic interactions eliminates senescent cells and alleviates aging-related dysfunctions

本研究针对衰老细胞(SnCs)异常积累导致衰老相关疾病的关键问题，揭示了PGAM1与Chk1激酶之间的异常相互作用在SnCs糖酵解重编程中的核心作用。研究发现乳酸通过GPR81-RSK1通路以非细胞自主方式增强PGAM1-Chk1结合，进而通过HIF-2α-FOXM1轴维持SnCs的生存能力。利用Nutlin-3b特异性破坏PGAM1-Chk1相互作用可有效清除SnCs，改善老年小鼠生理功能并缓解肺纤维化，为衰老相关疾病的治疗提供了新靶点。

　　

随着全球人口老龄化加剧，衰老相关疾病的防治已成为生命科学和医学领域的重大挑战。在细胞水平上，衰老细胞(senescent cells, SnCs)的异常积累被认为是驱动组织器官功能衰退的关键因素。这些细胞虽然停止分裂，却通过分泌大量炎症因子（即衰老相关分泌表型SASP）创造慢性炎症环境，加速衰老进程。然而，目前针对SnCs的特异性清除策略仍面临靶向性不足、副作用大等挑战。

在这项发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》的研究中，Mikawa等人发现SnCs中存在类似癌细胞的代谢重编程现象，特别是糖酵解通路异常激活。研究人员聚焦于糖酵解酶PGAM1与DNA损伤检查点激酶Chk1的异常相互作用，揭示了这种相互作用在维持SnCs存活中的关键作用。

研究团队采用多种关键技术方法开展研究：利用NanoLuc Binary Technology(NanoBiT)活细胞蛋白质相互作用检测系统实时监测PGAM1-Chk1结合动态；通过代谢组学分析SnCs的代谢特征；构建Pgam1 W68A点突变基因敲入小鼠模型；应用bleomycin诱导的小鼠肺纤维化模型评估治疗潜力；结合转录组学和染色质免疫沉淀(ChIP)数据分析FOXM1调控网络。研究使用的细胞样本包括人原代成纤维细胞(IMR90、MCR5)、小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)及人脐静脉内皮细胞等。

增强的PGAM1-Chk1相互作用和衰老细胞的糖酵解特征

研究人员发现，在致癌Ras诱导的衰老(OIS)和DNA损伤诱导的衰老模型中，PGAM1与Chk1的结合显著增强。通过NanoBiT系统检测发现，SnCs中PGAM1-Chk1相互作用明显强于非衰老细胞。这种异常相互作用与SnCs中糖酵解活性增加密切相关，表现为葡萄糖消耗和乳酸产量上升。

Nutlin 3b通过阻断PGAM1-Chk1相互作用诱导衰老细胞清除并改善生理性衰老

研究发现，Nutlin 3b能有效破坏PGAM1-Chk1结合，且在SnCs中表现出选择性清除作用，而对非衰老细胞影响较小。机制上，Nutlin 3b处理导致SnCs中糖酵解和磷酸戊糖途径(PPP)代谢物水平下降，核苷酸池耗竭，DNA损伤增加。值得注意的是，SnCs分泌的乳酸能以非细胞自主方式增强PGAM1-Chk1相互作用，而白细胞介素6(IL-6)和IL-1β等典型SASP因子无此效应。

HIF-2α蛋白在衰老细胞中积累但被PGAM1-Chk1相互作用抑制所下调

研究发现SnCs中HIF-2α蛋白水平显著升高，而HIF-1α、E2F1和c-myc等糖酵解调节因子变化不明显。Nutlin 3b处理能特异性下调SnCs中HIF-2α蛋白表达。机制上，Chk1直接磷酸化HIF-2α第12位丝氨酸(Ser-12)，该修饰对HIF-2α蛋白稳定性至关重要。乳酸通过GPR81受体激活RSK1激酶，进而磷酸化Chk1第280位丝氨酸(Ser-280)，促进PGAM1-Chk1结合。

PGAM1-Chk1结合拮抗剂在衰老过程中抑制FOXM1

转录组分析发现，Nutlin 3b最显著抑制FOXM1靶基因。在SnCs中，HIF-2α直接结合FoxM1启动子促进其表达，而Nutlin 3b通过抑制HIF-2α下调FOXM1。FOXM1通过结合BIM基因启动子区叉头框应答元件(FKH)抑制该促凋亡因子表达。Nutlin 3b处理或FOXM1敲除均能解除这种抑制，上调BIM表达诱导SnCs凋亡。

衰老组织中积累FOXM1的器官成为senolytic药物Nutlin 3b的靶点

组织表达分析显示，Foxm1 mRNA在老年小鼠(90周)的肝脏、肺、肾脏等器官中显著回升，而在白色脂肪组织(WAT)、心脏和脑中无此现象。Nutlin 3b治疗能特异性降低这些器官中FOXM1靶基因表达，改善肾功能指标(血尿素氮BUN)和组织纤维化，缓解衰老相关功能障碍。

化学或遗传干预PGAM1-Chk1相互作用缓解小鼠肺纤维化

通过CRISPR/Cas9技术构建Pgam1 W68A点突变敲入小鼠，该突变特异性破坏PGAM1-Chk1结合而不影响酶活性。在bleomycin诱导的肺纤维化模型中，Pgam1 KI/KI小鼠纤维化面积显著减小。Nutlin 3b治疗能剂量依赖性缓解肺纤维化，降低纤维化标志物(Col3a1、Col5a2等)表达，效果优于FoxM1抑制剂thiostrepton。

研究结论表明，衰老细胞中PGAM1与Chk1的异常相互作用驱动了独特的代谢重编程，通过HIF-2α-FOXM1轴增强SnCs的生存能力。靶向这一相互作用的小分子化合物Nutlin-3b能特异性清除衰老细胞，改善老年动物生理功能并缓解衰老相关疾病如肺纤维化。该研究不仅揭示了衰老细胞代谢适应性的新机制，还为开发针对衰老相关疾病的senotherapy提供了新靶点和候选药物。

研究的意义在于首次将糖酵解酶PGAM1的非酶功能与衰老细胞特异性存活联系起来，提出了"衰老中异常蛋白质相互作用(APIS)"的新概念。与传统senolytic药物相比，靶向PGAM1-Chk1相互作用的策略具有更好的细胞选择性，为衰老相关疾病的精准治疗开辟了新途径。同时，研究强调了FOXM1在组织特异性衰老中的关键作用，为理解衰老异质性提供了新视角。