PRDX1通过氧化还原调控ATG4B介导的脂噬促进睾酮合成并延缓衰老的新机制

《Nature Communications》：PRDX1 promotes testosterone synthesis and attenuates aging via redox regulation of ATG4B to modulate lipophagy

　　本研究针对男性衰老过程中睾酮不足导致生育力下降及衰老加速的临床问题，揭示了PRDX1-ATG4B-脂噬轴在睾酮合成中的关键作用。研究人员通过构建Leydig细胞特异性Prdx1基因敲除小鼠模型，结合多组学分析和分子互作验证，发现PRDX1通过其Cys52和Cys173特异性还原ATG4B的Cys78氧化位点，维持ATG4B对LC3-II的去脂化活性，从而促进脂噬流和睾酮合成。更重要的是，研究发现2-半胱氨酸模拟物ebselen可逆转PRDX1缺失引起的衰老表型，为迟发性性腺功能减退症（LOH）的防治提供了新型治疗策略。

　　

随着全球不孕不育发病率持续上升，男性因素导致的不育已占到总病例数的50%。睾酮作为男性最重要的性激素，不仅维持精子发生和性功能，更参与全身代谢调节。然而男性30岁后血清睾酮水平逐年下降，迟发性性腺功能减退症（LOH）成为困扰中老年男性的重要健康问题，表现为性功能减退、肌肉量减少、骨质疏松等系列症状。尽管已知自噬（autophagy）参与睾酮合成，但调控自噬的关键分子机制尚未明确。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，研究人员首先通过临床样本蛋白质组学分析发现，PRDX1（peroxiredoxin 1）在非梗阻性无精症（NOA）患者睾丸组织中显著下调。进一步实验证实PRDX1主要表达于Leydig细胞（LC），其水平随年龄增长而下降。为阐明PRDX1的功能机制，研究团队构建了Leydig细胞特异性Prdx1敲除（cKO）小鼠模型。

cKO小鼠出现明显的早发性睾丸衰老和生育力下降：3月龄时睾酮水平已相当于9月龄对照小鼠，精子活力在2月龄时即降至对照8月龄水平，生育周期较对照缩短近5个月。机制研究表明，PRDX1缺失并不影响类固醇合成酶表达，但导致Leydig细胞内脂滴（LD）异常堆积，游离胆固醇不足。深入探索发现PRDX1通过其Cys52和Cys173与自噬关键蛋白酶ATG4B的Cys78氧化位点特异性结合，维持ATG4B对LC3-II的去脂化活性。当PRDX1缺失或氧化应激时，ATG4B活性受抑，自噬体膜上LC3-II异常滞留，阻碍自噬体与溶酶体融合，脂噬过程受阻。

研究的关键发现在于：PRDX1-ATG4B互作具有严格的氧化还原依赖性。体外实验显示H₂O₂处理可破坏PRDX1-ATG4B结合，抑制LC3-II去脂化，而PRDX1蛋白或ebselen（2-半胱氨酸模拟物）能逆转这一效应。特别值得注意的是，ATG4B的C78S突变体完全丧失与PRDX1结合能力，且对氧化还原调控不敏感。

在转化医学方面，研究证实ebselen处理能显著改善老年cKO小鼠的睾丸功能、提高睾酮水平，并缓解LOH相关症状（包括记忆行为改善、运动能力提升等）。在D-半乳糖诱导的衰老模型中，ebselen同样表现出恢复睾酮合成、增强脂噬的作用。

技术方法上，本研究整合了Leydig细胞特异性基因敲除动物模型、临床组织样本队列（NOA/OA患者睾丸活检）、蛋白质组学（iTRAQ）、脂质组学与转录组学联合分析、体外自噬流检测系统（LC3-GFP-RFP、Keima荧光探针）、蛋白质相互作用验证（Co-IP/GST pull-down）以及分子活性测定等关键技术。

PRDX1参与精子发生

通过比较NOA与OA（梗阻性无精症）患者睾丸活检组织，发现PRDX1是差异最显著的蛋白之一，在NOA患者中明显下调。免疫荧光显示PRDX1主要定位于Leydig细胞，NOA患者睾丸间质区出现脂质堆积，血清睾酮水平显著降低。

Leydig细胞Prdx1缺失诱导睾酮缺乏和雄性不育

cKO小鼠睾丸重量和体重随月龄增长明显下降，生育能力在6月龄完全丧失，早于对照组的11月龄。精子数量虽未显著减少，但精子活力在2月龄即明显下降，睾丸睾酮水平同步降低。

Prdx1缺失诱导Leydig细胞脂质积累和睾酮不足

cKO小鼠血清促黄体生成素（LH）正常，类固醇合成通路基因表达未受显著影响，但Leydig细胞内甘油三酯和总胆固醇升高，游离胆固醇比例下降。油红O和BODIPY染色显示间质区脂滴数量和尺寸增加，LC3与脂滴共定位减少，电镜观察发现脂滴与自噬泡接触异常。

PRDX1调控Leydig细胞脂噬

在Prdx1敲低（KD）的TM3 Leydig细胞中，LC3-II和p62积累，自噬流受阻。双荧光标记显示自噬体-溶酶体融合障碍，蛋白酶K/Triton X-100实验表明自噬体膜闭合不全。Dil-HDL示踪实验证实KD细胞HDL降解受阻，活细胞成像直接捕捉到脂噬过程异常。

脂质组学与转录组学整合分析

KD细胞脂质组学显示417种脂质分子上调，182种下调，转录组学发现2124个差异表达基因。KEGG富集分析共同指向自噬、脂质代谢等通路异常。

PRDX1通过氧化还原调控ATG4B控制自噬

Co-IP证实PRDX1特异性结合ATG4B，该互作依赖二硫键形成。PRDX1的C52A/C173A突变体丧失与ATG4B结合能力，而C83A无影响。ATG4B的C78S突变体不与PRDX1结合，但招募更多LC3；C74S突变体则丧失LC3结合能力。体外去脂化实验表明PRDX1和ebselen能抵抗H₂O₂对ATG4B活性的抑制。

PRDX1失活加速睾丸衰老和LOH综合征

20月龄cKO小鼠睾丸萎缩加重，生精上皮变薄，生殖细胞凋亡增加。Ebselen处理或PRDX1过表达能改善睾丸形态，提高精子数量和活力，恢复睾酮水平，增强脂噬。行为学测试显示ebselen改善老年小鼠记忆、探索行为和运动耐力。

研究结论表明，PRDX1-ATG4B-脂噬轴是维持睾酮合成的关键调控通路。PRDX1作为分子保护伞，通过氧化还原调控维持ATG4B活性，保障自噬流顺利进行。该机制失调会导致睾酮不足、男性不育和衰老加速。更重要的是，ebselen能通过恢复这一通路功能缓解衰老相关症状，为LOH的防治提供了新思路。这项工作不仅揭示了自噬调控的新机制，也为衰老相关疾病的干预策略开发提供了重要理论依据。