Notch/NF-κB 串扰信号通过调控 SASP 基因表达抑制脑衰老相关神经炎症的新机制

《Nucleic Acids Research》：Notch/NF-κB crosstalk signaling controls SASP gene expression during brain aging

　　

脑衰老伴随慢性低度炎症，即“炎症衰老（inflammaging）”，主要由衰老胶质细胞分泌促炎因子即细胞衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）驱动。在人类中，脑内 SASP 因子释放与神经退行性疾病风险升高相关，因此阐明其分子机制对理解脑衰老病理生理至关重要。NF-κB 与 Notch 信号均参与 SASP 调控，但二者在脑炎症衰老中的互作模式不清。研究人员利用不同转基因小鼠模型发现，脑衰老广泛伴随 NF-κB 激活而 Notch 抑制；年轻小鼠星形胶质细胞 NF-κB 激活可诱发早熟性 SASP 形成并同时抑制 Notch 信号。生物信息学分析鉴定出 SASP 基因启动子内由 Notch/RBPJ 与 NF-κB 转录因子共同占据的保守串扰位点（crosstalk sites, CT-sites），实现组合调控。重要的是，选择性物理互作使激活态 Notch 可在多个分子水平负调 NF-κB 信号；原代星形胶质细胞中药物激活 Notch 显著下调 NF-κB 驱动的 SASP 基因表达。该工作确立 Notch–NF-κB 串扰为减轻脑炎症衰老的潜在治疗靶点。

论文解读：《Nucleic Acids Research》刊发的关于脑衰老中 Notch 与 NF-κB 信号串扰调控 SASP 基因表达的研究

研究背景与立项依据

脑衰老过程中，中枢神经系统稳态逐渐紊乱，氧化与基因毒性应激及损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）累积，推动神经免疫系统转向慢性低度炎症，即炎症衰老（inflammaging）。胶质细胞衰老启动细胞衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP），释放多种促炎因子，造成突触功能受损、认知下降，并增加阿尔茨海默病与帕金森病等神经退行性疾病易感性。NF-κB 是经典炎症与应激应答介质，Notch 是调控细胞分化与组织稳态的细胞间通讯通路，二者均参与炎症衰老与细胞衰老，但如何在脑内多细胞层面协同调控 SASP 仍不清楚。该研究旨在解析 Notch/NF-κB 串扰在衰老脑中对 SASP 基因表达的分子基础。

主要技术方法概述

研究人员构建并使用 NF-κB 报告基因小鼠（kappa-EGFP）及星形胶质细胞特异性 IKK2 组成型激活（IKK2-CA^GFAP）与显性负性（IKK2-DN^GFAP）转基因小鼠模型；通过磁珠分选（magnetic-activated cell sorting, MACS）分离原代星形胶质细胞（ACSA-2⁺）与髓系/小胶质细胞（CD11b⁺）；结合 RNA 测序（RNA sequencing, RNA-seq）与基因集富集分析（gene set enrichment analysis, GSEA）解析转录组；利用染色质免疫沉淀测序（chromatin immunoprecipitation sequencing, ChIP-seq）靶向 RBPJ 及公开 ATAC-seq 数据定位转录因子共占据区域；通过双荧光素酶报告实验验证复合位点转录响应；以免疫共沉淀（co-immunoprecipitation, Co-IP）与免疫荧光分析蛋白互作及亚细胞定位；原代星形胶质细胞经 Notch 激动剂 RIN1 与炎症刺激组合处理进行功能验证。

研究结果

年龄相关 NF-κB 激活与 Notch 靶基因下降

研究人员通过 NF-κB 报告小鼠发现，24 月龄脑内 EGFP⁺ 细胞频率较 3 月龄接近翻倍，星形胶质细胞、成熟少突胶质细胞与小胶质/髓系细胞均呈现 NF-κB 激活增强；皮层中 C3、Lyz2、C4b 等 NF-κB 靶标/SASP 基因上调，而 Hes1、Hey1、Slc1a2 等 Notch 靶基因显著下降，提示衰老脑呈“NF-κB 亢进、Notch 抑低”特征。

星形胶质细胞 NF-κB 激活足以诱发早熟 SASP 并抑制 Notch

在年轻 IKK2-CA^GFAP 小鼠中，Il1b、Cst7、Mmp12 等 SASP 基因已呈现类似 24 月龄的早熟上调；分选星形胶质细胞 RNA-seq 显示 SASP 基因集显著富集，同时 Notch 信号特征在星形胶质细胞与 CD11b⁺ 髓系细胞中均下调，证明星形胶质细胞 NF-κB 激活可自主诱发炎症衰老样表型并继发 Notch 抑制。

衰老相关基因携带 RBPJ/NF-κB 复合结合位点

RBPJ 的 ChIP-seq 在人髓系细胞鉴定 266 个结合区，其中 88 个含 RBPJ/NF-κB 串扰位点（crosstalk sites, CT-sites）或相邻 κB 位点。在 131 个脑衰老候选基因中，103 个含 CT-site，84 个存在 RBPJ 与 NF-κB 体内双占据；Hes1 与 Il6 启动子区经基因组浏览器确认重叠结合峰及活跃组蛋白标记，提示 CT-site 是整合两通路的关键调控元件。

Notch 选择性抑制 RelA 驱动的 NF-κB 转录

荧光素酶报告实验显示，NICD（Notch intracellular domain）本身不激活 κB 报告基因，但共表达 NICD 显著压制 RelA 而非 RelB 驱动的 NF-κB 活性；该选择性抑制在 HeLa 与小鼠星形胶质细胞 C8-D1A 中一致，且 NF-κB 亚基不反向干扰 NICD/RBPJ 转录，表明串扰为单向负调。

Notch 差异调控含 CT-site 的 SASP 基因转录

将 Hes1、Il6、Lcn2、Ifnb1、Cdr1、Igk、Tnip1 的 CT-site 克隆入报告载体，RelA 激活 Il6、Lcn2、Ifnb1 等更强，NICD 共表达则抑制 RelA 效应；Hes1 对 NICD 更敏感，共表达同样降低活性，说明 Notch 通过竞争结合或蛋白干扰在位点水平精细调节 SASP 输出。

NICD 与 RelA 的物理互作及核内共定位

Co-IP 证明 NICD 与 RelA 存在稳固物理结合，但不结合 RelB；免疫荧光显示二者在细胞核内共定位。机制上，Notch 可从 DNA 结合、转录复合物组装及物理互作多层面负向调制 RelA/NF-κB 信号。

讨论与结论翻译

研究人员在讨论中指出，脑衰老伴随 NF-κB 全面激活与 Notch 信号衰退，星形胶质细胞 NF-κB 超前激活即可重演衰老相关 SASP 与神经免疫表型。Notch 与 NF-κB 通过共享 CT-site 与直接蛋白互作形成多维串扰，其中激活的 Notch 作为 RelA 特异性负调因子，抑制炎症转录程序。该框架解释了衰老胶质细胞中 SASP 失控的分子逻辑，并将 Notch–NF-κB 轴确立为干预脑炎症衰老的机理基础与潜在靶点。

研究结论：脑衰老广泛表现为 NF-κB 激活伴 Notch 抑制；星形胶质细胞 NF-κB 激活足以驱动早熟 SASP 并抑低 Notch；SASP 基因启动子含保守 RBPJ/NF-κB 复合位点；NICD 经物理互作选择性压制 RelA 介导的炎症转录；药物激活 Notch 可降低 NF-κB 驱动的 SASP 表达。Notch–NF-κB 串扰是缓解脑炎症衰老的可译药靶标。

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制作Notch与NF-κB串扰机制示意图

评估该靶点向临床转化面临的挑战

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