免疫蛋白酶体重构揭示PA28αβ解离作为免疫衰老新标志

《Communications Biology》：Immunoproteasome remodeling in senescing human macrophages reveals the loss of PA28αβ capping as a hallmark of immunosenescence

本研究针对免疫衰老过程中蛋白质稳态失调的机制，建立了人单核细胞来源巨噬细胞的衰老模型，发现免疫蛋白酶体亚基表达下调及PA28αβ调控颗粒解离导致蛋白酶体功能衰退，同时细胞通过组装19S-capped复合物维持基础蛋白降解能力。该发现为理解衰老相关免疫功能衰退提供了新视角。

　　

随着全球人口老龄化加剧，免疫衰老（immunosenescence）已成为影响老年人健康的关键因素。作为天然免疫系统的重要成员，巨噬细胞在维持组织稳态和调控炎症反应中发挥核心作用。然而，长期存活的巨噬细胞如何维持蛋白质稳态（proteostasis）并在衰老过程中发生功能衰退，其分子机制尚不明确。尤其令人困惑的是，免疫细胞中特异性表达的免疫蛋白酶体（immunoproteasome）在衰老过程中的变化规律及其生物学意义，仍是领域内亟待解决的重要科学问题。

在《Communications Biology》最新发表的研究中，意大利乌尔比诺大学的Rita Crinelli团队建立了创新型的人单核细胞来源巨噬细胞（MDMs）衰老模型，首次揭示了免疫蛋白酶体在巨噬细胞衰老过程中发生的深度重构现象。研究发现，PA28αβ调控颗粒的丢失是免疫衰老的关键分子事件，这一发现为理解年龄相关性免疫功能衰退提供了新的理论框架。

关键技术方法

研究通过密度梯度离心从临床白细胞制品中分离人外周血单核细胞，经塑料黏附分化获得巨噬细胞，建立长达28天的长期培养体系。采用蛋白质印迹、非变性凝胶电泳（native PAGE）和凝胶蛋白酶体活性分析等技术，系统评估了蛋白酶体亚基表达、复合物组装及活性变化。通过质谱蛋白质组学分析差异表达蛋白，并利用流式细胞术、共聚焦显微镜等验证细胞衰老标志。动物实验选用年轻（3-6月）与年老（18-19月）的C57BL/6和BTBR雄性小鼠，分析淋巴结中蛋白酶体复合物的变化。

建立巨噬细胞衰老模型

研究人员通过长期培养（长达28天）人单核细胞来源巨噬细胞，成功模拟了体内巨噬细胞的衰老过程。细胞在培养第7天分化为成熟巨噬细胞，表达CD68、CD64等典型表面标志，并表现出活跃的吞噬功能。随着培养时间延长，细胞逐渐呈现衰老特征：第14天开始表达p21^Waf1/Cip1和p16^INK4a细胞周期抑制蛋白，第28天出现明显的衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性、脂褐素积累和细胞扁平化形态改变。

蛋白质稳态紊乱与恢复

巨噬细胞激活阶段（第7天）伴随显著的蛋白质稳态紊乱，表现为蛋白质羰基化、泛素化水平升高和聚集体形成。有趣的是，这些蛋白毒性应激标志物在衰老过程中逐渐减少，提示细胞建立了适应性反应机制。

自噬/溶酶体系统衰退

研究发现衰老巨噬细胞中自噬通路显著受损。微管相关蛋白1A/1B轻链3（LC3）和p62受体蛋白表达下降，氯喹处理后LC3-II积累减少，表明自噬体形成能力降低。同时，溶酶体数量增加但功能异常，这与观察到的脂褐素积累现象一致。

蛋白酶体机器重构

研究核心发现是免疫蛋白酶体在巨噬细胞衰老过程中发生深度重构。免疫亚基β5i（PSMB8）和β1i（PSMB9）在mRNA和蛋白水平均显著下调，而其组成型对应亚基β5和β1表达上调。更重要的是，PA28αβ调控颗粒表达降低，导致20S催化颗粒解封。

非变性凝胶电泳分析显示，成熟巨噬细胞中主要存在PA28αβ封端的20S复合物，而衰老细胞中这些复合物减少，转而组装更多的19S封端复合物（26S和30S蛋白酶体）。这种重构导致免疫蛋白酶体活性降低，但细胞通过增加组成型蛋白酶体的组装来部分维持蛋白水解功能。

干扰素-γ刺激无法逆转衰老表型

研究人员发现，干扰素-γ（IFN-γ）刺激不能恢复衰老巨噬细胞中免疫蛋白酶体亚基和PA28β的表达，表明观察到的蛋白酶体重构是衰老相关的不可逆变化。IFN-γ能促进成熟巨噬细胞中聚集体的清除，但在衰老细胞中反而导致聚集体积累，提示整体蛋白降解系统功能衰退。

体内验证免疫衰老标志

在年轻和年老小鼠淋巴结中的研究证实了体外发现的普适性。年老C57BL/6和BTBR小鼠均显示PA28αβ封端蛋白酶体减少，而19S封端复合物增加。这种变化与小鼠免疫系统的基础激活状态无关，表明PA28αβ丢失是免疫衰老的共同特征。

研究结论与意义

该研究首次系统揭示了免疫蛋白酶体在巨噬细胞衰老过程中的重构规律，确定PA28αβ调控颗粒丢失是免疫衰老的关键分子标志。研究发现细胞通过用组成型亚基替换免疫亚基，并组装19S封端蛋白酶体来应对蛋白稳态压力，这种适应性改变虽能维持基础蛋白降解功能，但导致免疫特异性功能丧失。研究建立的巨噬细胞衰老模型为研究免疫衰老提供了可靠平台，而PA28αβ作为潜在干预靶点，为改善老年人免疫功能提供了新思路。这些发现不仅深化了对免疫衰老分子机制的理解，也为开发针对年龄相关性免疫功能障碍的治疗策略奠定了理论基础。