Nat Metab丨核膜保卫战：田烨团队揭示线粒体氧化信号“编程”衰老防御新机制

核膜（nuclear envelope，NE）不仅是细胞核的物理屏障，更是基因组稳定性的守护者。随着机体衰老，核膜往往会发生严重的形态褶皱与功能紊乱，这一现象在早衰症及多种老年疾病中尤为显著。然而，细胞如何感知并抵御这种“核膜衰老”？

2026 年 2 月 3 日， 中国科学院遗传与发育生物学研究所田烨课题组在

Nature Metabolism

衰老的“第一道皱纹”：核膜危机

在细胞的微观世界里，核膜的平滑与完整是年轻的标志。核膜不仅分隔核质，还调控着基因表达与信号转导。然而，如同人类皮肤长出皱纹一样，随着衰老进程，核膜会逐渐出现褶皱、内陷甚至破裂。这种结构的破坏不仅是衰老的伴随现象，更是驱动细胞功能衰退、甚至引发早衰综合征 (HGPS) 和神经退行性疾病的关键因素。

尽管科学界已知线粒体应激信号 (Mitochondrial Stress Signals) 在调控寿命中扮演重要角色，但这些来自细胞能量工厂的信号，究竟是否直接参与了对“指挥中心”——细胞核核膜的保卫战？其背后的机制一直未被阐明。

意外的发现：活性氧的“双面”身份

田烨团队以秀丽隐杆线虫为模型，利用遗传学手段在发育阶段抑制线粒体电子传递链（ETC）活性。令研究人员惊讶的是，这种早期的线粒体扰动虽然诱导了线粒体超氧阴离子(Superox ide )的产生，却让线虫在进入老年期后，依然保持着圆润光滑的“年轻态”核膜。

进一步的实验表明，这种保护效应具有严格的“时间窗口”依赖性，必须在发育阶段产生氧化信号，才能“编程”生物体后续生命周期中的核膜稳态。这表明，适度的氧化应激并非总是破坏者，在特定的发育时期，它充当了启动防御机制的“信使”。

机制解析：脂质代谢的精细重塑

这一“跨时空”的保护是如何实现的？通过结合转录组与脂质组学分析，研究团队发现，发育期的线粒体超氧信号抑制了脂质合成的关键调控因子SBP-1（哺乳动物SREBP 的同源物）。SBP-1表达水平的下降直接导致了多不饱和脂肪酸 (PUFAs) 合成的减少。虽然PUFAs通常被认为对健康有益，但在维持核膜结构稳定性的情境下，过量的PUFAs却成为了软肋，它们极易发生脂质过氧化(Lipid Peroxidation)。

研究证实，线粒体信号通过降低PUFAs水平，从源头上遏制了脂质过氧化链式反应的发生，从而保护了核膜免受氧化损伤。反之，若外源回补多不饱和脂肪酸(如EPA(20:5)或AA(20:4))，则会破坏这种保护作用，加速核膜衰老。

从线虫到灵长类：抗衰老策略的保守性

这种防御机制在进化上高度保守。研究团队在线虫、人类成纤维细胞以及模拟HGPS早衰综合征的猴细胞模型中进行了验证。结果令人振奋：使用小分子药物直接抑制脂质过氧化，不仅能保护线虫的核膜完整性、延缓衰老，还能够显著改善衰老细胞及早衰细胞的核膜缺陷，并逆转多项衰老相关的细胞表型。这一发现为开发针对早衰症及年龄相关疾病药物提供了极具潜力的脂质代谢干预靶点。

AI 赋能：建立核膜形态量化新标准

在细胞生物学研究中，如何客观、高通量地评估亚细胞结构的形态变化一直是个难题。在本项研究中，田烨课题组与中国科学院计算机网络信息中心（ 周纯葆研究员、梁智强和杨沁蒙工程师 ）联手，利用先进的人工智能与深度学习技术，开发了基于图像识别的核膜形态分析系统( Cellular Senescence Prediction Based on Nuclear Envelope Morphology )。该系统能够自动识别显微图像中的细胞核，并对核膜的圆度、褶皱程度等特征进行多维度定量分析，极大提高了数据的准确性与分析效率。目前，该工具已建立开放网站，旨在服务全球科研人员，推动细胞器形态学研究的标准化。

核膜形态在线分析平台： http://data.aicnic.cn/dms-html/cell.html

基于图像识别的核膜形态分析系统

该研究不仅揭示了线粒体超氧阴离子在发育期的全新功能，更确立了“脂质过氧化”是核膜衰老的核心驱动力。它告诉我们，生命早期的氧化还原状态可能通过“代谢印记”，深远地影响着机体衰老过程中的结构完整性。未来靶向脂质过氧化可能成为延缓衰老的极具潜力的干预策略 （下图） 。

同期，田烨研究员和博士生张乐源应邀在 Nature Metabolism 发表研究简报 Mitochondrial superoxide signals shield the nucleus to delay aging ，对该成果进行了深度评述。

线粒体氧化信号通过调控脂类代谢保护核膜完整性并延缓衰老的机制

中国科学院遗传与发育生物学研究所陈鹏博士（现为陆军军医大学附属新桥医院特聘专家）和在读博士生张乐源为本文共同第一作者，田烨研究员为本文通讯作者。田烨课题组副研究员邬雪影、已毕业博士生郝旭昇、博士后张茜（现为北京师范大学生命科学学院副教授）及客座学生郑锦柔为研究做出了重要贡献。该项目同时也是多学科交叉合作的成果，得到了中国科学院计算机网络信息中心周纯葆团队与清华大学周帆团队的鼎力支持。此外，上海有机化学研究所许代超研究员、昆明理工大学牛昱宇教授以及中科院生物物理所王立堃课题组在实验技术与资源方面给予 了 宝贵建议与协助。

https://www.nature.com/articles/s42255-026-01452-9

制版人： 十一

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