p16Ink4a功能缺失逆转端粒功能异常所致衰老的作用及分子机制研究

Aging is the important issue for human disease. It is imperative to find a scientific strategy for anti-aging. Werner syndrome (WS) provided an excellent model system for studying aging induced by telomere dysfunction. The role of p16Ink4a (p16) deficiency in reversing aging phenotype remains controversial; this might be due to differences in genetic background of various aging models. The role of p16 deficiency in the background of WS is not clear and dissecting the molecular pathway will help us understand the regulation of aging in progeroid models. Our data have shown that p16 deficiency enabled WS cells to escape from senescence and acquire immortality. Furthermore, knocking out p16 in Wrn-/- cells could down-regulate the telomere DNA damage response and delay cellular senescence. In this study, we will utilize WS mice to cross with p16 null mice. Then study the WS cells with p16 deficiency for telomere dysfunction, mitochondrial function, status of SIRT-FOXO-p53-PGC pathway. In vivo we will study the Hematopoietic stem cells (HSC), the islet cell proliferation potential, the reproductive potential, and the life span of Wrn-/-p16Ink4a-/- mice. We aim to uncover the regulatory role and mechanism of p16 deficiency in reversing aging induced by telomere dysfunction. This study will shed light on the artificial modulation of aging and finding safe anti-aging strategies.

衰老是人类疾病研究的重要问题，制定科学的抗衰老策略刻不容缓。Werner综合症（WS）等为研究端粒功能异常所致衰老提供了极佳的研究体系。p16Ink4a（p16）功能缺失逆转衰老表型的作用存在较大争议，可能源于不同的衰老遗传背景。WS背景下p16功能缺失对衰老的作用尚不清楚，解析相关信号通路可帮助我们理解不同早衰背景的调控。我们前期发现，p16功能缺失导致WS细胞逃逸衰老，成为非肿瘤化的永生细胞；而在Wrn-/-细胞内敲除p16可特异地降低端粒损伤应激反应，延迟细胞衰老。因此，本项目拟利用WS与p16基因敲除小鼠杂交,研究p16功能缺失对WS细胞内端粒功能异常、线粒体功能、SIRT-FOXO-p53-PGC通路、小鼠骨髓造血干细胞、胰岛增殖能力、生殖功能及寿限的调控作用，以期初步阐明p16功能缺失在逆转端粒功能异常所致衰老中的作用和分子机制，为人工干预衰老，寻找安全抗衰老策略提供科学依据。

人类的早老综合症（Werner syndrome (WS) ）是一类常染色体隐性遗传病。WS的小鼠模型通过端粒功能异常诱导WS，为衰老相关疾病的研究提供了很好的体系。细胞周期的调控可能与WS的衰老发生密切相关，其中p21与p16是细胞周期调控的关键因子，在衰老进程中起到关键作用。.为了研究p21与p16在WS衰老中的调控作用，我们利用WS小鼠与p16或p21敲除小鼠杂交，得到三种基因敲除的TKO小鼠。我们惊奇地发现，p21的缺失并没有能减缓WS小鼠的衰老，反而加速了WS的衰老进程。具体表现为p21-G3TKO小鼠的寿限明显缩短；骨密度明显比G3DKO小鼠降低，骨皮质变薄；小肠隐窝（crypt）结构紊乱，类似G5DKO的小肠隐窝结构；另外，SA-β-gal染色也表明p21-G3TKO小鼠睾丸加速衰老。与此相反，p16的缺失明显减缓了WS小鼠的衰老。具体表现为p16-G4TKO小鼠的寿限明显延长；骨密度明显比G5DKO小鼠增加，骨皮质变厚；小肠隐窝结构规则；非常有意思的是， p16-G5TKO细胞的端粒数量和长度得到了明显恢复，表明p16可能启动了不依赖于端粒酶的端粒维持机制ALT，对这一机制的深入研究可能取得重要成果。.进一步，对p21或p16缺失引发的分子信号通路的研究也表明，WS背景下p16缺失缓解了WS所致衰老诱导的细胞损伤应答、凋亡等通路的激活；而WS背景下p21缺失加重了WS所致衰老诱导的细胞损伤应答、凋亡等通路的激活。.综上所述，我们的结果表明，p16缺失可以缓解WS衰老，而p21缺失则加速WS衰老。提示不同的衰老遗传背景，或不同的端粒损伤程度，可能导致不同的衰老调控通路，从而造成研究结果的不一致。同时，我们的结果提示p16缺失启动了其他端粒维持机制，而p21缺失可能加速了干细胞库的耗竭。我们的研究揭示了p16与p21在衰老调控中的不同作用，为深入地阐明p16，p21对衰老的调控机制奠定了基础，也为以它们为靶的相关衰老疾病的预防保健策略及药物筛选、人工干预策略提供了重要的理论基础。