Bmi-1在延缓炎性衰老中的作用及机制研究

To determine whether Bmi-1 delayed inflammaging by cytoplasmic p16INK4a binding p-STAT3(S727) and/or GRIM-19, preventing translocation of p-STAT3(S727) and GRIM-19 complex to the mitochondria, inhibiting the role of mitochondrial electron transfer chain complex which led to mitochondrial dysfunction and damage, and whether the deletion of Bmi-1 caused the decrease of mitochondrial autophagy scavenging ability, elevated mitochondrial ROS and DAMPs activated NLRP3 inflammasome causing increased activity of IL-1beta. Bmi-1 and p16INK4a deficiency mice and cells will be used with treatments of associated molecules or drugs to investigate the degree of protein binding and subcellular localization by Co-IP and Proximity Ligation Assay, to identify the binding domain and amino acid residues predicted by bioinformatics base; Mitochondrial function will be measured by Seahorse Bioenergetics; The improvement of inflammaging will be observed using cell and molecular biology, histopathology to explore the mechanism of action of Bmi-1 to maintain mitochondrial autophagy and inhibit the activation of inflammasome; Physiological aging mice, cells and human blood samples will be observed with the same mechanism of inflammaging as described above. This study will provide a new target and basis for clinical prevention and treatment of inflammaging related diseases.

为明确Bmi-1延缓炎性衰老是否通过胞浆p16INK4a直接与p-STAT3(S727)和/或GRIM-19结合，阻止p-STAT3(S727)与GRIM-19复合物向线粒体转位，抑制线粒体电子传递链复合体导致线粒体功能障碍和损伤，Bmi-1缺失是否致线粒体自噬清除力下降，升高的线粒体ROS和DAMPs活化NLRP3炎症小体引起活性IL-1beta增加。利用Bmi-1和p16INK4a基因缺失小鼠及细胞，经相关分子或药物干预，通过Co-IP和邻位连接技术研究蛋白质结合程度及亚细胞定位，辨认生物信息预测的结合的结构域及氨基酸残基；通过Seahorse生物能量测定仪检测线粒体功能；利用细胞及分子生物学、组织病理学方法观察炎性衰老改善，探讨Bmi-1维持线粒体自噬和抑制炎症小体活化的机制；观察生理性衰老小鼠、细胞及人血样是否具有同上炎性衰老机制。本研究将为临床防治炎性衰老疾病提供新的靶标和依据。

炎性衰老是决定衰老相关疾病的发病率和死亡率的显著风险因素且机制尚不清楚。为明确Bmi-1延缓炎性衰老的作用机制，我们利用Bmi-1和p16基因缺失小鼠及细胞，经相关分子或药物干预，通过Co-IP和邻位连接技术研究蛋白质结合程度及亚细胞定位，辨认生物信息预测的结合的结构域；利用细胞及分子生物学、组织病理学方法观察炎性衰老改善，探讨Bmi-1维持线粒体自噬和抑制炎症小体活化的机制；观察生理性衰老小鼠和人组织样本是否具有此机制。结果发现：Bmi-1-/-小鼠血清衰老相关促炎症因子水平明显增加，补充抗氧化剂或敲除p16可以降低这些炎症因子的表达；Bmi-1-/-小鼠的胸腺发育障碍，胸腺细胞和胚胎成纤维细胞出现衰老和NLRP3炎症小体活化；补充白介素-1受体拮抗剂(IL-1Ra)可延缓Bmi-1缺失引起的心、肺和胸腺炎性衰老；补充抗氧化剂NAC可改善Bmi-1-/-小鼠的胸腺发育障碍，通过抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活，保护线粒体结构受损以及预防心脏肥大和功能障碍，并抑制心脏NLRP3炎症小体活化，缓解Bmi-1缺失导致的心脏炎性衰老；补充NAC也可通过抑制肺组织细胞中NLRP3炎症小体活化，缓解Bmi-1缺失导致的肺炎性衰老；补充IL-1Ra或NAC抑制Bmi-1缺失MEFs中ROS水平，缓解细胞衰老；Bmi-1通过抑制胞浆p16直接结合p-STAT3(S727)，及其与GRIM-19结合上调p-STAT3(S727)和GRIM-19的交互作用，促进p-STAT3(S727)与GRIM-19复合物向线粒体转位维持线粒体功能并减少线粒体ROS；Bmi-1通过结合SCF复合体促进DNMT3A的泛素化降解而抑制Parkin的DNA甲基化，并通过调控组蛋白修饰促进Parkin表达，维持线粒体自噬清除力；P16缺失改善Bmi-1缺失所致的多器官内NLRP3炎症小体活化和炎性衰老。小鼠生理性衰老和人生理性衰老同样表现为胞浆p16结合并阻止p-STAT3(S727)入线粒体，继而NLRP3炎症小体活化引起以活性IL-1β蛋白增加为主的炎性衰老。本项目研究越过p16经典的阻滞细胞周期作用，发现p16可能通过与胞内蛋白交互作用改变蛋白下游生物学功能，明确了Bmi-1延缓炎性衰老和防治衰老相关的多器官功能障碍及相关疾病的作用机制，将为临床防治炎性衰老及相关疾病提供新的治疗靶标和实验依据。