DEPTOR通过mTORC1/S6K1/ATG1通路调控髓核细胞衰老以延缓椎间盘退变的机制研究

《Cell Death Discovery》：DEPTOR regulates nucleus pulposus cell senescence through the mTORC1/S6K1/ATG1 pathway to alleviate intervertebral disk degeneration

　　本研究聚焦椎间盘退变(IDD)的治疗难题，探讨了DEPTOR蛋白通过调控mTORC1/S6K1/ATG1通路对髓核细胞(NPCs)衰老的抑制作用。研究人员发现DEPTOR在退变椎间盘中表达降低，通过体外和体内实验证实DEPTOR过表达可促进细胞自噬、抑制衰老相关分泌表型(SASP)，并延缓IDD进程。该研究为开发靶向DEPTOR的IDD治疗策略提供了重要理论依据。

　　

腰痛已成为困扰现代社会的常见健康问题，约80%的人在一生中会经历至少一次腰痛发作。研究表明，椎间盘退变(IDD)是导致腰痛的主要病理基础，然而目前针对IDD的临床治疗手段十分有限。随着人口老龄化加剧，开发有效的IDD干预策略迫在眉睫。

椎间盘退变的核心病理特征之一是髓核细胞(NPCs)的衰老。衰老细胞会分泌一系列炎症因子、趋化因子和基质降解酶，形成衰老相关分泌表型(SASP)，加速细胞外基质(ECM)分解，引发炎症级联反应，最终导致椎间盘结构破坏。因此，干预NPCs衰老进程可能成为治疗IDD的新突破口。

mTOR信号通路是调控细胞衰老的关键分子开关，其中mTORC1通过磷酸化下游靶点S6K1促进蛋白质合成，同时抑制自噬关键基因ATG1的表达。DEPTOR作为mTORC1的内源性抑制蛋白，在多种组织中表现出对mTOR通路的调控作用，但其在椎间盘退变中的具体功能尚未明确。

本研究通过蛋白质组学分析发现，退变椎间盘组织中DEPTOR表达显著降低。研究人员建立了多柔比星(DOX)诱导的NPCs衰老模型，发现衰老细胞中mTORC1和S6K1表达上调，而DEPTOR和ATG1表达下降。进一步实验表明，外源性添加DEPTOR重组蛋白可浓度依赖性地提高细胞活力，减少β-半乳糖苷酶阳性细胞比例，说明DEPTOR能够延缓NPCs衰老。

在机制探索方面，研究发现DEPTOR通过两条平行通路发挥作用：一方面通过抑制mTORC1/S6K1轴，降低基质金属蛋白酶(MMP3/MMP13)、炎症因子(IL-1、TNFα)和衰老相关蛋白(P16、P21、P53)的表达，抑制SASP分泌；另一方面通过mTORC1/ATG1通路促进自噬标志物LC3A/B表达，降低P62水平，增强细胞自噬活性。基因干预实验证实，S6K1过表达可逆转DEPTOR对SASP的抑制作用，而ATG1敲低则削弱DEPTOR促进自噬的能力。

动物实验进一步验证了DEPTOR的治疗潜力。在大鼠IDD模型中，DEPTOR过表达可提高T2加权像信号强度，改善组织学评分，增加蛋白聚糖(ACAN)表达，同时降低P53、MMP3和TNFα水平。组织学分析显示DEPTOR组椎间盘退变程度减轻，自噬活性增强，而S6K1过表达或ATG1敲低则会逆转这一保护效应。

主要技术方法包括：采用iTRAQ蛋白质组学分析人椎间盘组织差异表达蛋白；通过Western blot、免疫荧光和RT-PCR检测目标分子表达；利用慢病毒载体实现DEPTOR、S6K1的过表达和ATG1的敲低；建立针穿刺法大鼠IDD模型，通过MRI和组织学染色评估干预效果。

DEPTOR在退变椎间盘中表达降低

通过磁共振T2加权像、组织学染色和蛋白质组学分析，研究发现退变椎间盘组织表现出信号强度降低、髓核组织萎缩等典型退变特征。iTRAQ定量蛋白质组学显示退变组DEPTOR蛋白水平显著低于正常组，Western blot和免疫荧光结果进一步证实了这一发现。

DOX诱导NPC衰老影响mTORC1/S6K1/ATG1表达

采用DOX诱导建立NPCs衰老模型，Western blot分析显示衰老细胞中mTORC1和S6K1表达上调，DEPTOR和ATG1表达下调，提示DEPTOR可能通过mTORC1/S6K1/ATG1通路调控细胞衰老进程。

DEPTOR提高NPC活力并缓解细胞衰老

CCK-8实验表明DEPTOR重组蛋白可浓度依赖性地提高细胞活力，β-半乳糖苷酶染色显示DEPTOR处理显著减少衰老细胞比例，证实DEPTOR能够延缓NPCs衰老进程。

DEPTOR通过mTORC1/ATG1通路促进细胞自噬并通过mTORC1/S6K1通路抑制SASP分泌

分子机制研究发现，DEPTOR过表达可下调衰老相关蛋白、基质金属蛋白酶和炎症因子表达，同时上调细胞外基质成分和自噬标志物。通路干预实验证实，S6K1过表达可逆转DEPTOR对SASP的抑制作用，而ATG1敲低则削弱DEPTOR促进自噬的能力，表明DEPTOR通过双重通路调控细胞衰老。

DEPTOR缓解大鼠IDD

体内实验显示，DEPTOR过表达可改善大鼠椎间盘MRI信号强度，减轻组织学退变程度，增加ACAN表达，降低P53、MMP3和TNFα水平。组织学分析进一步证实DEPTOR通过调控SASP分泌和细胞自噬延缓IDD进展。

研究结论表明，DEPTOR作为mTORC1的内源性抑制剂，在椎间盘退变过程中表达下调。通过同时抑制mTORC1/S6K1轴和激活mTORC1/ATG1通路，DEPTOR能够有效抑制SASP分泌、促进细胞自噬，从而延缓髓核细胞衰老和椎间盘退变进程。该研究不仅揭示了IDD的新发病机制，也为开发靶向DEPTOR的治疗策略提供了理论依据。与传统mTOR抑制剂相比，DEPTOR具有双重调控、精准调节的优势，有望成为治疗椎间盘退变的潜在靶点。