ANGPTL8-AKT2-mTOR轴驱动脂肪组织衰老和年龄相关功能衰退

《Aging Cell》：An ANGPTL8-AKT2-mTOR Axis Drives Adipose Senescence and Aging-Related Functional Decline

　　

脂肪组织衰老日益被认为是系统衰老和年龄相关功能衰退的关键驱动因素，然而，积极促进这一过程的内分泌调节因子仍不明确。血管生成素样蛋白8（ANGPTL8）是一种参与脂质代谢和炎症的代谢因子，并已与多种衰老相关疾病相关联。但研究人员尚未明确其在脂肪组织衰老和机体衰老中的直接作用。在此，研究人员通过对人类队列、动物模型、转录组学和细胞研究的整合分析，识别出ANGPTL8是一个先前未被认识的脂肪组织衰老调节因子。在一个大型人类队列中，循环ANGPTL8水平与生物衰老和死亡风险强烈相关，并显著改善了基于机器学习的年龄和生存预测模型。与这些发现一致，小鼠中Angptl8基因缺失延长了寿命，减轻了衰老相关的功能衰退，并降低了脂肪组织中的衰老标志物。转录组分析揭示了ANGPTL8在脂肪细胞中的年龄依赖性上调，同时伴随促衰老转录程序的激活。机制上，ANGPTL8直接与AKT2相互作用，并激活了AKT–mTOR–S6K信号通路，从而促进细胞自主性的脂肪细胞衰老。对该通路的遗传或药理学抑制消除了ANGPTL8的促衰老效应。总之，研究人员的发现将ANGPTL8识别为一种连接代谢功能障碍与脂肪组织衰老和系统衰老的内分泌调节因子，强调了ANGPTL8–AKT2–mTOR轴作为延缓年龄相关功能衰退的潜在治疗靶点。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

衰老是一个复杂的生物学过程，伴随细胞和组织功能渐进性衰退，最终增加慢性疾病和功能损伤的易感性。越来越多的证据表明，衰老伴随着一种持续的低度无菌性炎症状态，即“炎症性衰老”（inflammaging）。这一过程的核心驱动因素是衰老细胞（senescent cells）的年龄依赖性积累，这些细胞分泌一系列促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和蛋白酶，统称为衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）。SASP通过建立自我强化的炎症微环境，破坏组织稳态，跨器官传播细胞功能障碍，并加速系统衰老。在众多外周组织中，脂肪组织已成为连接代谢调节与炎症信号的中枢整合枢纽。衰老伴随脂肪组织深刻的结构和功能重塑，包括异位脂质积累、脂肪因子分泌失调、胰岛素敏感性受损和炎症信号增强。衰老脂肪细胞和脂肪祖细胞的积累通过持续释放SASP因子放大局部和全身炎症，使脂肪组织成为衰老相关代谢功能障碍的主动驱动者而非被动靶标。然而，一个关键未解问题是：哪些脂肪来源的内分泌因子机制性地将脂肪组织衰老与系统炎症和机体衰老联系起来？血管生成素样蛋白8（ANGPTL8）是一种主要在肝脏和脂肪组织中表达的分泌型代谢调节因子。尽管ANGPTL8在脂质代谢和能量稳态中的作用已被广泛研究，但新证据表明其在代谢应激和炎症条件下可能发挥免疫代谢功能。研究人员的先前研究显示，循环ANGPTL8水平在多种年龄相关病理状态中显著升高，包括糖尿病肾病、非酒精性脂肪性肝病、糖尿病相关认知障碍和骨骼衰老。此外，独立调查也发现ANGPTL8升高与心血管疾病相关。在阿尔茨海默病模型中，ANGPTL8缺失可减轻神经炎症并改善认知功能。这些疾病共同具有慢性低度炎症、代谢失调和渐进性功能衰退的衰老特征。先前基于糖尿病患者的人群分析表明，循环ANGPTL8水平升高与全因死亡率增加显著相关。这些观察提出了一种可能性：ANGPTL8可能作为连接代谢功能障碍与炎症驱动的衰老重塑的活性分子中介。然而，ANGPTL8是否在驱动脂肪组织衰老和系统衰老中发挥因果作用，以及其分子机制尚未明确，这促使了本研究。

**研究概述与结论**

本研究通过整合人类队列分析、动物模型和细胞机制研究，识别出ANGPTL8是一种脂肪来源的衰老调节因子，通过AKT2-mTOR-SASP轴耦合脂肪组织衰老与系统衰老。在大型人类队列中，循环ANGPTL8水平与生物年龄和死亡风险强相关，并显著改进了机器学习的年龄和生存预测模型。Angptl8敲除小鼠延长了寿命，减轻了衰老相关功能衰退，并降低了脂肪组织的衰老标志物。机制上，ANGPTL8直接与AKT2结合，激活AKT–mTOR–S6K信号通路，促进细胞自主性脂肪细胞衰老。该通路被抑制后，ANGPTL8的促衰老效应消失。该研究发表在《Aging Cell》，揭示了ANGPTL8–AKT2–mTOR轴作为延缓年龄相关功能衰退的潜在治疗靶点。

**主要技术方法**

研究人员采用多维整合策略：基于中国心脏代谢疾病与癌症队列（4C）研究（n=9904，中位年龄60.3岁），应用机器学习（多层感知器、随机森林、XGBoost等）构建MBA8-Clock生物年龄预测模型和AIMR-Model死亡率预测模型，并利用SHAP和LIME进行可解释性分析。在C57BL/6J背景上构建Angptl8^-/-小鼠，进行生存监测、MRI体脂定量、行为学测试（开放场、转棒、跑步机）及组织学分析。采用原代脂肪细胞培养、免疫共沉淀、分子对接、Western blot、qPCR、SA-β-gal染色、ELISA等技术，结合公共单细胞和空间转录组数据（GSE235529、E-MTAB-12579、E-MTAB-12809）进行验证。

**研究结果**

**3.1 构建并验证MBA8-Clock用于生物年龄预测**
基于4C队列的22个变量，采用多层感知器（MLP）算法构建MBA8-Clock，在验证集中达到R2=0.635，中位绝对误差3.689年，均方根误差6.072年，相对误差约8.1%。SHAP分析显示，收缩压、腰围和循环ANGPTL8是正向贡献最大的预测因子，且ANGPTL8的去除导致模型性能一致下降。个体层面SHAP和LIME解释进一步验证了ANGPTL8对生物年龄预测的一致正贡献。

**3.2 开发并评估AIMR-Model用于死亡率预测**
采用相同队列和特征选择方法，XGBoost模型在10年全因死亡率预测中表现最优，AUC达0.80，准确率85%，召回率90%，F1分数0.86。SHAP分析显示，实足年龄和循环ANGPTL8是死亡率预测的最强贡献者，且ANGPTL8与年龄、肌酐、GGT等存在协同效应。个体案例分析揭示了高死亡风险个体中ANGPTL8、肾功能和肝功能指标的联合驱动作用。

**3.3 ANGPTL8作为生理衰老与死亡风险的关键连接点**
通过MBA8-Clock和AIMR-Model定义的亚组分析，老年人预测组（生物年龄>实际年龄5岁以上）表现出更高的ANGPTL8、肌酐、收缩压和更低的舒张压、体重。四象限SHAP分析揭示，ANGPTL8、肌酐和收缩压是同时驱动衰老加速和死亡风险升高的核心因素。ANGPTL8浓度四分位分析显示，其与衰弱指数和内脏脂肪代谢评分呈逐步递增关系。

**3.4 Angptl8缺失减轻小鼠衰老相关表型**
Angptl8^-/-小鼠相比野生型对照，寿命显著延长（log-rank检验），24月龄时衰老外观（毛色灰白、脱毛、白内障、脊柱后凸）明显减轻。体重轨迹分析显示，10月龄后Angptl8^-/-小鼠体重持续低于野生型，主要归因于脂肪组织减少和骨骼肌保存。MRI定量表明，Angptl8缺失显著降低总脂肪体积和内脏/皮下脂肪比例。功能测试显示，衰老Angptl8^-/-小鼠跑步机至力竭时间延长，转棒停留时间增加，开放场总距离和中心区域时间增加，比目鱼肌纤维厚度和快速肌纤维比例增加。

**3.5 ANGPTL8通过细胞内在机制促进脂肪细胞衰老**
Western blot和单细胞转录组分析显示，衰老小鼠和人类脂肪组织（而非肝脏）中ANGPTL8表达显著上调，尤其在炎症/衰老相关脂肪细胞亚群中。Angptl8^-/-小鼠内脏脂肪组织中p16和p21蛋白及mRNA水平降低，SA-β-gal阳性细胞减少，冠样结构减少，巨噬细胞浸润减轻，循环SASP因子（TNF-α、IL-6、CXCL-2、MCP-1）水平降低。原代脂肪细胞实验表明，Angptl8缺失延迟复制性衰老，而ANGPTL8过表达加速衰老。

**3.6 ANGPTL8激活AKT/mTOR/S6K轴驱动细胞衰老**
分子对接预测ANGPTL8与AKT2的潜在结合界面（评分-263.76 kcal/mol），免疫共沉淀验证了二者在3T3-L1前体脂肪细胞和分化脂肪细胞中的直接相互作用。在衰老脂肪组织中，AKT2、mTOR、S6K的磷酸化水平升高，而Angptl8缺失显著减弱这一活化。在前体脂肪细胞中，ANGPTL8过表达增加AKT2、mTOR、S6K磷酸化，而AKT抑制剂MK2206或mTOR抑制剂雷帕霉素可逆转这一效应，并消除ANGPTL8诱导的SA-β-gal阳性细胞增加、p16/p21蛋白升高以及SASP因子转录上调。

**讨论与结论**

研究讨论指出，衰老被视为一种慢性低度炎症状态，即炎症性衰老，由衰老细胞积累及其SASP分泌驱动。脂肪组织因其巨大质量、早期衰老敏感性和强大分泌能力，成为循环SASP的主要来源。本研究通过人类队列、小鼠模型和细胞机制，识别出ANGPTL8是一种脂肪来源的调节因子，将脂肪组织衰老与系统衰老表型偶联。循环ANGPTL8水平在人和小鼠中随年龄递增，机器学习模型揭示其与生物年龄和死亡风险强相关。Angptl8缺失延长小鼠寿命、减轻多器官衰老表型、保存肌肉完整性和改善体能。机制上，ANGPTL8在脂肪组织中随年龄上调，通过直接结合AKT2并激活AKT–mTOR–S6K信号通路，促进脂肪细胞自主性衰老和SASP产生。这一发现将ANGPTL8从代谢生物标志物重新定位为功能性衰老中介，并强调了脂肪组织作为衰老主动驱动者的角色。从转化角度，ANGPTL8兼具循环生物标志物和功能效应因子的双重身份，其与衰弱指数和内脏脂肪代谢评分的关联进一步扩展了临床相关性。尽管存在局限性（如吸烟状态的幸存者偏倚、其他器官的可能贡献），本研究结论为：ANGPTL8是一种促衰老脂肪因子，通过AKT2–mTOR–SASP轴连接脂肪组织功能障碍与系统衰老，为衰老相关疾病提供了有前景的生物标志物和治疗靶点。