Life Metabolism | John R Speakman团队发现短期热量限制激活跨组织选择性剪接程序，揭示抗衰新机制

衰老是多种慢性疾病（如2型糖尿病、神经退行性疾病、心血管疾病和癌症等）的主要风险因素。热量限制（Calorie Restriction, CR）作为一种非遗传干预手段，已被广泛证实能够延缓衰老过程，延长健康寿命，但其分子机制尚未完全阐明。选择性剪接（Alternative Splicing, AS）作为转录后调控的关键环节，在衰老过程中出现失调，但在CR后这种失调有所减轻，这表明AS在CR的有益效应中起着重要作用。但CR引发的AS响应是否具有组织特异性，以及AS响应是否与CR水平成比例仍不甚清楚。这个问题的解决可能解释CR的系统性抗衰老效应。

近日，John R. Speakman研究团队在Life Metabolism期刊发表题为A functionally integrated cross-tissue alternative splicingprogram during short-term calorie restriction的研究论文，通过整合既往小鼠多组织RNA-seq资源，并新增肌肉与睾丸测序数据，构建了六组织梯度CR转录组用于系统性剪接分析，系统描绘了短期CR引发的AS图谱，提出“位点组织特异、功能跨组织整合”的剪接响应框架，为理解CR的抗衰老作用提供了新视角。

该研究利用48只雄性C57BL/6小鼠模型进行为期3个月的梯度CR（0%-40%，以10%递增），并设置12小时自由进食对照组（12AL），随后采集6种组织（包括白色脂肪组织（eWAT）、肝脏、下丘脑、肌肉、睾丸和胃）的RNA-seq数据。通过比较CR组与12小时自由进食对照组（12AL），系统分析了基因表达和AS的变化。

研究首先分析了全转录组基因表达对梯度CR的响应。结果显示，除睾丸和下丘脑外，其他组织的差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）数量随CR水平升高而增加。其中，eWAT的DEGs最多（4126个），其次是肌肉（1982个）和肝脏（1883个），而睾丸、下丘脑和胃的响应较弱。这些趋势通过差异基因表达分析可视化，提示短期CR对代谢活跃的外周组织（脂肪、骨骼肌、肝脏）的转录重塑更为显著。

值得注意的是，40% CR时仅有两个基因（H2-Aa和H2-Eb1，均为MHC II相关基因）在所有6种组织中呈现一致性的表达下调，这提示CR可能通过抑制年龄相关的炎症/免疫通路发挥益处。进一步转录因子富集分析表明，CR调控了脂质代谢、氧化应激和免疫相关通路，且这些响应具有组织特异性。例如，PPAR-α靶基因在肌肉、睾丸、肝脏和eWAT中上调，而炎症相关转录因子（如Jun和SMAD家族）在eWAT中显著下调。

剪接调节因子（splicing regulators, SRs）负责调控AS过程，通过结合pre-mRNA的特定顺式作用元件（如外显子增强子或沉默子），调控剪接体的组装和剪接位点的选择，影响基因表达。SRs表达分析显示，SRs差异表达数量随CR程度升高而增加，且主要集中在肌肉、eWAT和肝脏，其中少数SRs呈跨组织一致变化，例如冷诱导RNA结合蛋白Rbm3在4种组织上调，提示CR可能通过影响体温/应激相关通路，启动更广泛的剪接重塑。

AS分析是本文的核心。研究发现CR导致的差异剪接（differential AS, DAS）和差异转录本使用（differential transcript usage, DTU）事件随CR程度升高而显著增加。肌肉、eWAT和肝脏的AS响应最为显著；值得注意的是，睾丸尽管基因表达变化较小，却表现出强烈的AS响应，提示AS在睾丸中可能具有独特作用。重要的是，94%的DAS基因位点并不伴随基因层面的差异表达，表明AS在很大程度上是独立于转录调控的CR响应机制。DAS和DTU分析进一步量化了这些变化，显示各组织在不同CR水平下的异构体使用模式。然而，DAS与DEGs的重叠程度高于随机预期，提示转录与转录后过程存在协同调控。功能富集分析显示，不同组织中被AS重塑的具体位点差异很大，但富集的生物过程高度一致，主要指向线粒体功能与氧化磷酸化、转录翻译、RNA和蛋白质质量控制以及细胞死亡/自噬等衰老相关环节等过程，这些功能在多个组织中共享，体现了AS响应的功能整合性。

尽管AS响应以组织特异性为主，但研究仍然鉴定出一组跨组织共享的AS位点，这些位点可能介导CR的系统性效应。例如，Gna13与Nfe2l2在多组织中呈现转录本切换，分别关联GPCR信号与抗氧化/应激调控。此外，参与内体分选与细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）生物发生的Pdcd6ip与Arrdc4也出现跨组织剪接变化，提示CR可能通过“剪接—囊泡—细胞间通讯”轴影响衰老相关表型。这些共享位点提示CR可能通过调控细胞间通讯延缓衰老，为后续机制研究提供了靶点。

该研究的发现支持了“AS失调是衰老标志之一，而CR可逆转这一过程”的假设。AS响应与CR水平的剂量依赖性关系，暗示AS是CR改善健康寿命的关键介质。尤其值得注意的是，SRs的表达变化与AS响应一致，如冷诱导蛋白Rbm3在四个组织中上调，可能与CR相关的体温下降机制联动。需要强调的是，这项研究尚未进行功能性的因果性验证。同时，作者也提出若干技术与设计局限，如测序读长与深度在不同组织间不一致，样本量相对有限，且仅使用雄性小鼠并采用3个月短期CR。未来可采用长读长测序或事件级AS分析提高异构体分辨率，同时纳入雌性与更长期的CR模型，以及围绕跨组织共享位点（如Gna13、Nfe2l2、EV相关基因）开展遗传、药理学干预以检验其对健康寿命指标的因果贡献。

综上所述，该研究系统描绘了短期CR诱导的AS图谱，强调AS作为独立于基因表达的抗衰老机制，通过整合多组织数据，揭示了AS在代谢重塑、蛋白质稳态和细胞通讯中的核心作用，为开发模拟CR效应的药物提供了新靶点。

原文：https://doi.org/10.1093/lifemeta/loaf046

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