ROMO1过表达通过保护线粒体半胱氨酸组氧化还原稳态延缓衰老进程

本研究针对线粒体蛋白半胱氨酸氧化还原稳态失衡这一衰老关键机制，发现线粒体内膜蛋白ROMO1通过其氧化还原敏感的C15和C42位点，清除活性氧(ROS)并形成可逆分子间二硫键，全面保护线粒体半胱氨酸组免受氧化损伤。该研究通过构建转基因和条件性敲除小鼠模型，结合活性蛋白质组分析(ABPP)等技术，证实ROMO1上调可逆转衰老相关的线粒体功能衰退，为延缓器官功能退化提供了新靶点。

　　

线粒体作为细胞的能量工厂，同时也是活性氧(ROS)的主要来源和首要攻击目标。随着衰老进程，线粒体蛋白质中富含的活性半胱氨酸残基会遭受不可逆氧化损伤，导致能量代谢障碍和细胞功能衰退。然而，线粒体如何在ROS富集的环境中保护其半胱氨酸组的氧化还原稳态，这一关键科学问题尚未完全阐明。

北京大学的研究团队在《Nature Communications》发表的重要研究，发现线粒体内膜蛋白ROMO1（ROS modulator 1）是维持线粒体半胱氨酸组氧化还原平衡的关键分子。研究人员通过构建全组织ROMO1转基因小鼠和心肌/肝细胞特异性敲除小鼠，结合活性蛋白质组分析(ABPP)、电子显微镜和生化分析等技术，系统揭示了ROMO1通过其氧化还原敏感的C15和C42位点清除ROS并形成可逆分子间二硫键，从而保护线粒体蛋白免受氧化损伤的分子机制。

关键技术方法包括：(1)构建ROMO1转基因和条件性敲除小鼠模型；(2)活性蛋白质组分析(ABPP)技术全面检测线粒体半胱氨酸组氧化还原状态；(3)电子显微镜确定ROMO1的亚线粒体定位；(4)体外生化实验分析ROMO1的氧化还原特性；(5)线粒体功能检测(呼吸、钙离子摄取和通透性转换孔开放等)。

Distinctive molecular properties of ROMO1 in redox sensitivity and reactivity

研究首先通过结构预测和电子显微镜证实ROMO1定位于线粒体内膜，其N端和C端均朝向膜间隙(IMS)。体外实验显示纯化的ROMO1具有广谱的氧化还原敏感性，其半胱氨酸位点的中点氧化还原电位(E_m)介于-302.6至-408.8 mV之间。更重要的是，ROMO1能有效清除H₂O₂（速率常数≥7.5×10³ M^-1s^-1），并形成可被谷胱甘肽(GSH)和硫氧还蛋白2(TRX2)还原系统逆转的二硫键连接的同源二聚体。在心肌细胞中，ROMO1过表达显著减轻了H₂O₂诱导的蛋白质亚磺酸化不可逆氧化损伤。

Overexpression and conditional knockout of Romo1 lead to bidirectional redox shifts of the mitochondrial cysteinome

通过ABPP技术对心脏、骨骼肌、肝脏和脑组织的线粒体半胱氨酸组进行分析，发现ROMO1过表达使93%-98%的氧化还原状态改变的半胱氨酸位点转向更还原的状态，而组织特异性敲除则导致相反效应。值得注意的是，ROMO1的保护作用遍及线粒体所有亚区室（基质、内膜、外膜和膜间隙），且具有组织特异性。基因本体分析显示，受ROMO1保护的蛋白质主要参与能量代谢、翻译、结构组织和呼吸链复合体组装等核心线粒体过程。

ROMO1 exerts beneficial effects on multiple mitochondrial functions

研究发现ROMO1通过保护呼吸链复合体I-V上69个半胱氨酸位点，显著增强ATP偶联和最大呼吸速率。同时，ROMO1上调提高了线粒体钙离子(Ca²⁺)摄取能力，并抑制钙超载或氧化应激诱导的线粒体通透性转换孔(mPTP)开放。这些功能改善严格依赖于ROMO1的C15和C42位点，因为这两个位点的突变完全消除了ROMO1的保护作用。

ROMO1 upregulation reverses oxidative shift of the mitochondrial cysteinome and retards functional decline during aging

在衰老研究中，ABPP分析显示老年小鼠多个器官的线粒体半胱氨酸组呈现显著氧化偏移（65%-87%位点被氧化）。而ROMO1过表达成功逆转了89%-81%的衰老相关氧化损伤，使这些位点恢复到更还原的状态。功能上，ROMO1转基因显著延缓了心脏收缩功能减退、骨骼肌萎缩和力量下降、肝脏损伤标志物升高以及全身炎症反应等衰老表型。

这项研究首次揭示了ROMO1作为线粒体内膜固有的氧化还原调节器，通过其独特的半胱氨酸残基保护线粒体蛋白质组免受氧化损伤的分子机制。更重要的是，研究证明通过增强ROMO1的表达可以逆转衰老相关的线粒体功能障碍，为延缓衰老和防治年龄相关疾病提供了新的干预靶点。该发现不仅深化了对线粒体氧化还原调控网络的理解，也为开发基于氧化还原稳态调节的抗衰老策略奠定了重要理论基础。