Mecp2介导的Lonp1表观遗传调控新机制：连接海马体衰老与线粒体功能障碍的关键环节

《Scientific Reports》：Identifying a novel Mecp2-mediated epigenetic mechanism controlling Lonp1 in the hippocampus and its disruption by aging

　　本研究揭示了Mecp2通过结合Lonp1启动子区CpG岛发挥转录抑制功能的新机制。在衰老海马体中，Mecp2蛋白水平及其Ser80磷酸化降低导致对Lonp1的抑制作用减弱，虽然Lonp1 mRNA水平上升，但蛋白却通过溶酶体途径降解，这种转录与翻译水平的脱节为理解年龄相关性线粒体功能障碍提供了新视角。

　　

随着全球人口老龄化进程加速，年龄相关性认知衰退已成为严峻的公共卫生挑战。在海马体这一学习记忆关键脑区，线粒体功能随年龄增长而逐渐恶化，但其背后的分子机制尚未完全阐明。线粒体蛋白酶Lonp1作为维持线粒体蛋白质稳态的核心调控因子，在衰老过程中表达下降，然而其转录调控机制，特别是在神经元中的调控方式，仍是未解之谜。

近日发表在《Scientific Reports》的一项研究揭开了这一谜题的关键面纱。研究人员发现，甲基化DNA结合蛋白Mecp2能够直接结合Lonp1基因启动子区，发挥转录抑制作用。在衰老过程中，Mecp2与Lonp1启动子的结合能力减弱，导致Lonp1转录本水平异常升高。然而令人意外的是，尽管mRNA增加，Lonp1蛋白水平却显著降低，这种矛盾现象源于溶酶体降解途径的激活。这一发现不仅揭示了表观遗传调控与线粒体质量控制的密切联系，也为干预年龄相关性认知衰退提供了新靶点。

研究人员采用多种关键技术验证其科学假设。利用生物信息学预测和甲基化特异性PCR(MSP-PCR)技术，他们分析了Lonp1启动子区的CpG岛甲基化状态。通过染色质免疫沉淀(ChIP)技术结合qPCR，验证了Mecp2与Lonp1启动子的直接结合。采用亚细胞分馏和蛋白质印迹技术检测了Lonp1在不同细胞区室的蛋白表达。此外，通过离体海马切片培养，结合蛋白酶体抑制剂MG132和溶酶体抑制剂氯喹处理，明确了Lonp1的降解途径。研究还通过线粒体功能实验评估了膜电位和ATP产量的变化。

Lonp1基因包含CpG岛，其甲基化状态在衰老SAMP8小鼠海马体中增加

研究人员通过多种生物信息学方法预测发现，小鼠Lonp1基因启动子区存在两个主要的CpG岛，分别位于转录起始位点(TSS)上游-474至-346bp和-277至+496bp区域。实验证实，在加速衰老的SAMP8小鼠海马体中，这些区域的DNA甲基化水平随年龄增长而显著增加，而整体基因组甲基化水平却下降，这种局部与整体甲基化模式的差异提示了衰老过程中表观遗传调控的特异性变化。

Lonp1是Mecp2的靶基因，它们的相互作用在衰老SAMP8小鼠海马体中减弱

通过生物信息学分析，研究人员在Lonp1启动子区发现了多个Mecp2结合 motif，其中三个位于推定的CpG岛1内。染色质免疫沉淀(ChIP)实验证实，Mecp2确实能够结合Lonp1启动子区域，但在7月龄SAMP8小鼠海马体中，这种结合显著减弱。有趣的是，在正常衰老的SAMR1小鼠中，Mecp2与Lonp1启动子的结合随年龄变化不明显，提示SAMP8小鼠的加速衰老表型可能与Mecp2功能异常密切相关。

Mecp2丝氨酸80磷酸化减少解释其在衰老小鼠海马体中与Lonp1启动子相互作用减弱

Mecp2的磷酸化状态对其结合靶基因的能力具有重要调控作用。研究人员发现，在衰老SAMP8小鼠海马体核分数中，Mecp2蛋白总量及其丝氨酸80磷酸化水平均显著降低，而丝氨酸421磷酸化水平变化不显著。Mecp2丝氨酸80磷酸化与总Mecp2的比值降低，可能直接导致Mecp2与Lonp1启动子结合能力下降，从而解除对Lonp1转录的抑制。

仅Lonp1蛋白酶mRNA变体1在小鼠中表达，其水平在衰老SAMP8小鼠海马体中上调

与人类不同，小鼠组织中仅表达Lonp1变体1，该变体编码全长线粒体靶向蛋白，而未检测到变体2和3的表达。在衰老SAMP8小鼠海马体中，Lonp1 mRNA水平显著升高，这与Mecp2结合减少导致的转录抑制解除相一致。

Lonp1蛋白水平在衰老SAMP8小鼠海马体线粒体中降低

尽管Lonp1 mRNA水平升高，但其蛋白水平在衰老SAMP8小鼠海马体全裂解液和线粒体富集分数中均显著降低，而细胞质和核分数中无显著变化。与此一致，衰老海马体线粒体表现出膜电位降低和ATP产量减少，表明线粒体功能随年龄增长而衰退。

Lonp1蛋白在衰老过程中通过溶酶体途径降解

为解释mRNA与蛋白水平的不一致性，研究人员探讨了Lonp1的降解机制。蛋白酶体抑制剂MG132处理不影响Lonp1蛋白水平，而溶酶体抑制剂氯喹处理则显著增加Lonp1积累。蛋白质合成抑制剂环己酰亚胺实验显示Lonp1半衰期超过6小时，且氯喹可阻断其降解，证实溶酶体途径是海马体Lonp1降解的主要机制。

本研究系统揭示了Mecp2通过表观遗传机制调控Lonp1表达的新途径。在衰老海马体中，Mecp2蛋白水平及其丝氨酸80磷酸化减少，导致对Lonp1转录抑制减弱，mRNA水平升高。然而，新合成的Lonp1蛋白通过溶酶体途径被快速降解，造成蛋白水平降低，最终导致线粒体质量控制系统功能受损。这一发现不仅阐明了表观遗传调控与线粒体蛋白稳态之间的新型联系，也为开发针对年龄相关性认知障碍的干预策略提供了新思路。Mecp2和Lonp1作为潜在治疗靶点，可能为延缓海马体衰老及相关神经退行性病变开辟新的研究方向。