Mst1/2-Nrf2信号通路在巨噬细胞氧化应激稳态调节与抗衰老中的功能机制研究

During immune defense, macrophages need to keep a dedicated balance between generation and elimination of ROS in order to prevent oxidative stress-induced damage and aging, but the mechanisms are not fully understood. Nrf2 is the key transcription factors in antioxidant defense. We have previously shown that Mst1/2 signaling is required for the induction of ROS and bactericidal activity in macrophages upon bacterial infection. Recently, we found that Mst1/2 deficient macrophages produced higher basal levels of ROS than wild-type counterparts, leading to oxidative stress; loss of Mst1/2 resulted in lower expression levels of antioxidant genes, higher ubiquitination levels of Nrf2 and lower Nrf2 expression. These data suggest that Mst1/2-Nrf2 pathway may be involved in the regulation of antioxidant defense in macrophages. We will use in vitro assays and in vivo animal models to investigate the role of Mst1/2 in macrophage antioxidant defense and oxidative stress-induced aging. We will also elucidate the molecular mechanisms of regulation of Nrf2 stability by Mst1/2.

免疫防御中巨噬细胞需要调节杀伤性活性氧（ROS）大量产生和清除的动态平衡以防止氧化应激造成细胞损伤和衰老。抗氧化应激转录因子Nrf2在维持上述平衡中起重要作用，但其调控机制尚未阐明。申请人前期研究表明Hippo激酶Mst1/2在调控巨噬细胞的ROS产生中起重要作用。未发表数据显示Mst1/2缺失引起巨噬细胞产生过多本底ROS，抗氧化基因表达显著降低，Nrf2泛素化水平提高、蛋白表达降低及细胞氧化应激加剧。这提示巨噬细胞中Mst1/2可能通过调控Nrf2活性及蛋白稳定性来维持氧化应激的稳态平衡。申请人以第一作者在Cell Host & Microbe等杂志上发表7篇相关工作，本项目拟进一步通过生化、细胞和动物水平，阐明Mst1/2调控巨噬细胞抗氧化应激及其失调引起衰老的功能机制，揭示氧化应激与衰老的关系，为预防巨噬细胞衰老及增强其抗感染能力提供理论依据，研究具有重要的科学意义和临床应用价值。

活性氧是固有免疫系统的重要组分，在固有免疫系统清除胞内细菌的过程中发挥着重要作用。巨噬细胞内活性氧有着两方面的功能，一方面，活性氧可以辅助巨噬细胞清除吞噬到胞内的细菌；另一方面，由于活性氧的自身强氧化能力，过量的活性氧会对细胞组分（例如DNA、脂质和蛋白质）产生氧化损伤，从而导致细胞损伤、细胞老化和细胞死亡。因此，巨噬细胞中活性氧的稳态维持至关重要，但是目前对巨噬细胞内抗氧化应激调控的具体分子机制还不清楚。Hippo信号通路是一条在哺乳动物中保守的信号通路，Hippo信号通路的关键激酶Mst1/2在调节巨噬细胞中活性氧的产生和细菌杀伤中起到重要的作用。在本项目的研究中我们发现，与野生型细胞相比，缺失Mst1/2的巨噬细胞出现更多氧化损伤、衰老和死亡现象。进一步研究发现，在氧化应激条件下，Mst1/2通过磷酸化Keap1阻止了Keap1的二聚化/多聚化，使得Keap1-Cul3-Rbx1这一降解复合体无法发挥功能，破坏了Keap1介导的Nrf2泛素化降解，维持了Nrf2的蛋白稳定性，提高细胞的抗氧化应激能力。此外，在Mst1/2敲除的巨噬细胞中，补回Nrf2可以有效缓解氧化损伤、衰老和死亡的表型。本研究阐明了激酶Mst1/2可以感应细胞内的活性氧信号，并且通过调节转录因子Nrf2的蛋白稳定性，来清除过量的活性氧，维持细胞的氧化还原稳态，保护细胞自身免受氧化损伤，揭示了Mst1/2-Keap1-Nrf2的信号调控机制在感应活性氧和启动抗氧化应激反应并防止巨噬细胞凋亡和过早衰老的过程中发挥重要作用，课题组以相关研究结果为基础在Nature Communications等杂志发表SCI论文2篇。本研究系统阐明了Mst1/2在调节巨噬细胞氧化应激稳态中的作用与机制，进一步揭示氧化应激与衰老的关系，为设计新的药物靶位点、开发新型药物预防衰老及衰老相关疾病提供理论依据，具有重要的科学意义和临床应用价值。