Urolithin A通过钙依赖性线粒体自噬调控细胞器间通讯以促进健康衰老

本研究发现，尿石素A（UA）作为一种肠道菌群代谢产物，通过激活钙信号通路（涉及ITR-1/ITPR/InsP3R和MCU-1/MCU）增强线粒体自噬（mitophagy），恢复内质网（ER）-线粒体-溶酶体（lysosome）的交互通讯，从而改善线粒体功能、延缓肌肉衰退并延长寿命。研究在秀丽隐杆线虫（C. elegans）和人类细胞中验证了UA的保守作用机制，揭示了其通过DRP-1/DNM1L/DRP1介导线粒体分裂、UNC-43/CAMK2D-SKN-1/NFE2L2/Nrf2通路促进线粒体生物合成，最终抵抗衰老相关疾病（如神经退行性疾病和代谢紊乱）的潜力。

　　

摘要

衰老伴随细胞功能进行性衰退，其中线粒体功能障碍和线粒体自噬（mitophagy）受损是核心特征。细胞器（如线粒体、内质网和溶酶体）间的通讯紊乱进一步加剧细胞功能异常。尿石素A（Urolithin A, UA）作为肠道微生物代谢产物，被发现可有效诱导线粒体自噬，但其具体机制及对细胞器间通讯的影响尚不明确。本研究通过多组学分析和跨物种验证，揭示UA通过钙依赖性信号通路恢复细胞器交互，促进健康衰老。

引言

衰老过程中，线粒体质量控制和细胞器间通讯的失效导致多种年龄相关疾病（如神经退行性疾病和代谢紊乱）。UA因其安全性和跨物种保守的线粒体自噬诱导能力受到关注，但其作用机制，尤其在细胞器通讯层面的调控，仍需深入探索。

线粒体自噬缺陷模拟衰老相关细胞器形态异常

在野生型线虫中，衰老（第8天）导致内质网（ER）碎片化、线粒体网络断裂和溶酶体肿大。敲低线粒体自噬关键基因（如PINK-1、PDR-1和DCT-1）加剧这些表型，而UA处理能显著恢复细胞器正常形态。高分辨率成像显示，UA增加线粒体-内质网接触位点（MAMs），表明其重塑细胞器互作的能力。

UA通过提升细胞内钙水平促进线粒体自噬

UA处理显著提高线虫细胞质和线粒体内钙离子（Ca²⁺）浓度，该效应依赖钙螯合剂EGTA可逆。UA诱导的钙信号通过ITR-1/ITPR/InsP3R（介导ER钙释放）和MCU-1/MCU（介导线粒体钙摄取）实现。钙信号缺失（如EGTA处理或基因敲低）完全阻断UA诱导的线粒体自噬，凸显钙的核心作用。

钙信号是UA延长健康寿命的关键

EGTA处理取消UA带来的寿命延长和肌肉功能改善。在衰老线虫中，UA维持肌纤维结构和运动能力，而钙信号抑制则消除这些益处。遗传实验证明，ITR-1和MCU-1缺失同样阻断了UA的促长寿和健康span效应。

多组学揭示UA调控钙稳态和细胞器功能

转录组和蛋白质组分析显示，UA上调钙信号、ER功能、溶酶体活性和线粒体代谢相关基因/蛋白。基因集变异分析（GSVA）证实UA协调细胞器特异性通路，如线粒体电子传递链和溶酶体酶活性。网络分析进一步揭示线粒体-溶酶体-ER通路的紧密互联。

DRP-1介导的线粒体分裂是UA效应的核心环节

UA通过DRP-1/DNM1L/DRP1促进线粒体分裂，此为线粒体自噬的前提。DRP-1缺失抑制UA诱导的线粒体自噬和寿命延长，但不影响基线钙水平。值得注意的是，UA未改变DRP-1的磷酸化状态或亚细胞定位，表明其通过调控钙信号间接激活DRP-1。

UA通过UNC-43/CAMK2D-SKN-1/Nrf2通路促进线粒体生物合成

UA激活转录因子SKN-1（哺乳动物NFE2L2/Nrf2的同源物），该过程依赖钙信号和UNC-43/CAMK2D（钙/钙调蛋白激酶）。SKN-1驱动线粒体生物合成相关基因表达，与线粒体自噬协同维持线粒体质量。UNC-43缺失抑制SKN-1激活，并增强DRP-1的线粒体定位，提示其负调控基线线粒体分裂。

UA在人类细胞中保守促进钙依赖性线粒体自噬

在正常人二倍体成纤维细胞（BJ）和内皮细胞（HUVEC）中，UA提升胞内钙浓度、增强溶酶体活性（如组织蛋白酶B/L）、诱导线粒体自噬并改善线粒体呼吸。这些效应均被EGTA或DNM1L/DRP1抑制剂Mdivi-1阻断。此外，UA通过钙信号抑制过氧化氢诱导的早衰（SA-β-Gal阳性细胞减少和p21表达下降）。

讨论

本研究阐明UA通过钙信号重构细胞器通讯，协调线粒体自噬与生物合成，从而延缓衰老。其机制涉及ER钙释放（ITR-1/ITPR/InsP3R、TMCO-1/TMCO1、EMC-3/EMC3）、线粒体钙摄取（MCU-1/MCU）、DRP-1介导的分裂和SKN-1/Nrf2驱动的生物合成。该通路在从线虫到人类的物种中保守，为靶向细胞器互作治疗年龄相关疾病提供新策略。

材料与方法

研究使用秀丽隐杆线虫（如N2野生型、mcu-1和itr-1突变体）和人类细胞系（BJ、HUVEC）。方法包括荧光成像、寿命分析、RNAi、RNA测序、蛋白质组学、钙成像和线粒体功能测定（如Seahorse分析）。统计学处理采用GraphPad Prism，显著性标准为p<0.05。

作者贡献与数据可用性

K.P.设计并指导研究；多位作者参与实验和数据解析；所有作者审阅稿件。原始数据已存入GEO（GSE279559）和PRIDE（PXD056571）。