近日，《表型組學》（Phenomics）線上發表了復旦大學餘巍課題組和北京大學韓敬東課題組的合作研究工作“Immunosuppression induced by brain-specific HDAC6 knockdown improves aging performance in Drosophila melanogaster”。這項工作以果蠅為模式生物,結合衰老表型組研究，發現在果蠅的大腦中特異敲低組蛋白去乙醯化酶HDAC6可以抑制衰老相關炎症基因的表達，實現抗衰老。
組蛋白去乙醯化酶HDAC6參與多種衰老相關疾病的發生過程。在該研究中，以果蠅為模式生物，發現在果蠅的大腦中敲低HDAC6會導致轉錄組發生顯著變化，尤其是炎症反應和先天性免疫相關基因的轉錄水平顯著下調。行為學實驗發現，在果蠅中全身性敲低HDAC6可以延長果蠅的壽命，提高果蠅的爬管運動能力。並且，在大腦中特異性敲低HDAC6相比全身性敲低能進一步延長果蠅的壽命，提高果蠅的運動能力。非常有意思的是，在衰老果蠅大腦中特異性敲低HDAC6，也顯著延長了果蠅的壽命。該研究發現HDAC6在神經中透過抑制免疫炎症相關基因表達而發揮重要的抗衰老作用，這為延緩衰老提供了潛在的靶點。
研究背景
衰老是發生在生物體內重要的生物過程，伴隨著各個系統、組織和器官的各種生理以及功能的改變，比如神經退行、免疫功能的失調和運動能力的下降等。HDAC6是主要定位於細胞質中的去乙醯化酶HDACIIb類成員，包含兩個串聯的催化結構域、C端鋅指結構域，使得HDAC6既能發揮去乙醯化酶功能，對組蛋白或非組蛋白進行去乙醯化修飾；還能調控自噬、免疫應答等生物過程。該文研究者在前期發現，相較於其他HDAC家族成員，只有HDAC6的敲除誘導發生整體變化，且與HDAC抑制劑SAHA的效果一致。然而，目前關於HDAC6直接參與調控機體健康和壽命的機制還未完全知曉。該研究將HDAC6在全身或大腦中特異敲低，發現這可以誘導炎症免疫抑制，進而延長果蠅壽命。因此，研究者們初步確定HDAC6透過誘導免疫抑制直接參與抗衰老的作用。
研究結果
01 在果蠅大腦中敲低HDAC6基因抑制了
免疫相關基因的轉錄
首先，為了檢測在衰老過程中與HDAC6作用的靶點，該文研究者收集老齡果蠅的頭部進行轉錄組分析，分別探究對照組果蠅和全身性敲低HDAC6果蠅衰老過程中基因轉錄變化的情況。在對照果蠅組中，隨著衰老，轉錄上調的基因大多與先天性免疫和炎症反應功能有關。該結果與“機體內炎症反應的強弱是影響機體衰老和壽命的關鍵因素”的觀點一致，隨年齡增長，機體會出現促炎反應不斷加劇，炎症穩態失衡等現象。而轉錄下調的基因大多與線粒體功能和幾丁質代謝有關(圖1a)。在敲低HDAC6的果蠅組中研究者們發現，敲低HDAC6可以顯著下調正常果蠅中隨衰老上升的先天性免疫和炎症反應基因的轉錄表達，從而減少果蠅頭部的炎症反應(圖1a-1b)，這與目前HDAC6抑制劑的一些研究結果相同。透過GO富集分析，對照組果蠅和敲低HDAC6果蠅隨衰老表達下降的基因類似，但是大多數在對照組果蠅中隨衰老表達上升的炎症相關基因，卻在HDAC6敲低果蠅中表達下降(圖1c-1d)。因此，該文研究者認為HDAC6在果蠅衰老過程中可以正調控免疫相關基因，而敲低HDAC6可以顯著抑制先天性免疫和炎症反應基因的過度啟用。
圖1
02 在大腦中特異性敲低HDAC6可以
提高果蠅的健康水平和壽命
為了探究在果蠅中敲低HDAC6對果蠅運動能力和壽命是否產生影響，研究者們用全身性表達的Da-gal4在果蠅體內全身性敲低HDAC6。他們發現，敲低HDAC6確實可以延長果蠅的生存時間(圖2a)。
爬管實驗是一個經典的衡量果蠅運動能力的手段，將所有果蠅震落管底後，記錄每個品系前5只爬至6cm刻度線處所用的爬行時間。爬管用時越短，說明果蠅運動能力越好。在該研究中發現，全身性敲低HDAC6可以明顯提高果蠅的運動能力(圖2b)。
由於HDAC6在神經疾病中發揮重要作用，且HDAC6抑制劑在神經疾病治療中具有良好效果，於是進一步他們用神經特異性表達的Elav-gal4在果蠅大腦中特異性敲低HDAC6。結果表明，在果蠅大腦中特異性敲低HDAC6也能延長果蠅壽命，並且提高其運動能力，這也證實了果蠅大腦中敲低HDAC6對於抗衰老的重要作用(圖2c-2d)。
為了進一步證明大腦中特異性敲低HDAC6可以在老齡果蠅中同樣發揮作用，該文研究者使用一種化學誘導的Gal80-DD系統，在老齡果蠅大腦中特異性敲低了HDAC6，並檢測是否可以延長壽命(圖2e)。研究者將UAS-HDAC6Ri果蠅與Elav-gal4, Gal80-DD果蠅雜交，分兩組收集後代果蠅用於壽命實驗。前25天，兩組果蠅都用加有0.5mM TMP的食物飼養，此時果蠅中並未敲低HDAC6；第25天，將一組果蠅改為加入DMSO、不加TMP的食物飼養，從而誘導敲低HDAC6，而另一組果蠅繼續飼養加有TMP的食物。實驗表明，在老齡果蠅大腦中特異性敲低HDAC6可以顯著延長果蠅的壽命。因此，研究者們得出結論，抑制果蠅大腦中的HDAC6可以在果蠅中發揮抗衰老作用。
更為有趣的是，當他們將大腦特異性敲低HDAC6與全身性敲低HDAC6的果蠅進行壽命和運動能力的比較時發現，大腦特異性敲低HDAC6的果蠅存活時間更長，運動能力也更強(圖2f-2g)。這表明大腦是HDAC6抗衰老作用的重要組織。
圖2
研究結論
本研究發現了HDAC6可能可以作為一個調控健康壽命的直接靶點，尤其在大腦等神經組織中，透過抑制炎症基因表達而發揮抗衰老作用。敲低HDAC6可以減少大腦中的免疫和炎症反應，提高運動能力，延長果蠅的壽命。
然而，關於HDAC6透過哪些具體的免疫和炎症訊號通路中的靶點基因來調控壽命，在其他組織中是否也發揮類似作用，都需要進一步深入的研究。與此相一致的是，美國貝勒醫學院黨巍巍實驗室最近的工作表明，在線蟲和果蠅中，酵母HDA同源物的敲低也延遲了與衰老相關的身體衰退速率，並延長壽命。這些研究表明，抑制HDAC6可以促進不同物種的健康和壽命延長，這提示我們抑制HDAC6可能是一種很有希望的干預衰老的策略。
Abstract
復旦大學生命科學學院餘巍研究員、北京大學前沿交叉學科研究院韓敬東教授為該論文的通訊作者，研究生趙穎穎和玄鴻文為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金專案（31771545, 92049301, 31821002, 91329302和31210103916）；科技部專案（2015CB964803, 2016YFE0108700和2016YFA0500600）；馬克斯·普朗克獎學金的資助。
