PLK1-mTOR通路在胸腺上皮细胞衰老中的作用机制研究

As China has entered the aging society, the incidence of autoimmune disease and tumor was signicantly higher in the elderly. Thymus degeneration is one of the most important reason, thymus epithelial cell has a close relationship with thymus degeneration. It has been discovered that the expression of the cell cycle checkpoint kinase PLK1 and autophagic activity were significantly decreased in the thymus tissue of the aged mice, however, mTOR activity was obviously increased. Current research implys that PLK1 regulates mTOR signaling pathway, and mTOR is a negative regulator of autophagy. Autophagy is not only a critical mechanism of the cells to maintain homeostasis, but also an important process for TEC presenting self-antigens. Therefore, autophagic activity inhibition may be a major cause of TEC dysfunction and senescence. So we speculate that under certain condition the reduced expression of PLK1 results in mTOR activation and autophagy inhibition, eventually leads to cell senescence. This hypothesis is to be verified by cell molecular biology techniques such as gene knockout, laser confocal, immunoprecipitation, which is of great theoretical and potential clinical value in elucidating the mechanisms of thymus degeneration.

我国已经步入老年社会，老年人自身免疫病和肿瘤发病率明显增高，而胸腺退化是导致这一现状的重要原因。胸腺上皮细胞衰老与胸腺退化密切相关，申请者发现老年小鼠胸腺组织中细胞周期检测点激酶PLK1表达显著下调，mTOR活性明显增高，自噬活性减弱。目前研究已知PLK1可调控mTOR信号通路，而mTOR活化抑制自噬。自噬不仅是细胞维持自身稳态的重要机制，也是胸腺上皮细胞提呈自身抗原的重要过程，故自噬活性减弱可能是胸腺上皮细胞功能减退和衰老的重要原因。因此我们推测在某种机制作用下，PLK1表达下调解除了对mTOR的抑制，导致mTOR高度活化，进而抑制自噬，导致细胞衰老。本项目拟采用基因敲除、激光共聚焦、免疫共沉淀等细胞分子生物学技术验证这一假说，这对于阐明胸腺退化机制具有重要的理论意义和潜在临床应用价值。

胸腺是机体最早发生萎缩和退化的器官，具有进化保守性，几乎所有脊椎动物的胸腺体积随年龄变小，并逐渐被脂肪组织取代，导致成熟T细胞输出减少、功能和多样性减弱，增加对病原菌的易感染和严重性，罹患肿瘤和自身免疫病的风险提高。胸腺结构和微环境的破坏被认为是胸腺T细胞生成减少的重要原因，而胸腺上皮细胞（TEC）是胸腺基质中的主要细胞。以往研究报道TEC比例及数量随年龄逐渐下降，不同年龄段小鼠TEC转录组测序结果（GSE56928、GSE81163）显示，细胞周期G2/M相关基因的下调是早期胸腺萎缩的的一个重要特征，而与衰老和寿命相关的mTORC1信号通路蛋白在老年鼠中表达明显改变。本研究前期利用WB和IFC发现G2/M期基因PLK1和mTOR蛋白活性在老龄鼠胸腺TEC中明显下调，进一步探讨了PLK1与mTOR、自噬和抗原提呈间的调控作用进而介导胸腺上皮细胞衰老的机制。在本项目的资助下我们发现，①胸腺上皮细胞中干扰PLK1可诱导胸腺上皮细胞发生衰老，机制可能与抑制mTOR活性有关。②进一步研究发现PLK1和mTOR之间存在相互抑制关系，在mTOR高度活化的胸腺上皮细胞中PLK1表达增高，而抑制mTOR活性可下调PLK1表达。③DNA损伤增强Aire靶基因表达已有报道，本研究发现髓质胸腺上皮细胞系和皮质胸腺上皮细胞系诱导的DNA损伤修复方式不同，髓质上皮细胞中抑制p21可促进DNA损伤修复。④髓质胸腺上皮细胞系经氧化应激和化疗药物诱导的衰老主要通过p53非依赖的方式激活p21信号通路。综上，本研究主要证实了PLK1-mTOR-自噬信号介导的胸腺上皮细胞衰老及氧化应激和化疗等应激因素对胸腺上皮细胞衰老和凋亡的调控差异，这些数据有助于深入理解细胞周期激酶参与调控胸腺增龄性萎缩的分子机制，为预防胸腺衰老，减少自身免疫病和肿瘤发病提供实验基础和理论依据。