衰老为何伴随慢性炎症？华人科学家Nature子刊破解R-loop胞质运输之谜

杂志名称：Nature Aging

影响因子：25

文章题目：Nuclear export of R-loop by the DDX1 and XPO1 complex promotes senescence-associated secretory phenotype and inflammaging（DDX1和XPO1复合物通过核输出R-loop促进衰老相关分泌表型及炎症性衰老）

第一作者：Xue Hao, Bo Zhao, Qingqing Yan
通讯作者：张如刚

作者单位：基因表达与调控项目，The Wistar Institute；德克萨斯大学MD安德森癌症中心

本实验所用产品：RayBio炎症因子芯片（货号：QAH-INF-3 检测人类样本中40种炎症功能细胞因子）

细胞衰老通过衰老相关分泌表型（SASP）加剧炎症，进而促进炎症老化。R-loop是一种由DNA-RNA杂合体形成的三链核酸结构，在癌症免疫应答中具有重要作用，但其在衰老和炎症中的功能尚不明确。本研究发现，衰老细胞中XPO1-DDX1复合物介导R-loop核输出，异常积累并定位于CCFs，通过激活cGAS-STING通路驱动SASP；使用XPO1抑制剂KPT-330阻断该过程，可显著抑制SASP、减轻年龄相关炎症并延长健康寿命，提示R-loop核输出是干预炎症老化的潜在靶点。

1 衰老细胞中核来源R-loop在细胞质中异常积累

对增殖期和HRAS^G12V诱导衰老（OIS）的IMR90细胞进行了全基因组R-loop图谱分析（MapR），发现衰老细胞中整体R-loop信号下降，但细胞质中R-loop水平显著上升（图1b）。细胞质DRIP-seq（CytoDRIP-seq）分析，发现细胞质R-loop主要来源于核R-loop的一小部分亚群，并富集于α-卫星重复序列。进一步研究表明，核酸内切酶XPF/XPG及核输出蛋白XPO1参与调控R-loop的核输出过程，抑制XPO1或敲低XPO1可显著减少细胞质R-loop积累（图1f）。

2 细胞质R-loop定位于CCFs并促进SASP

在衰老细胞中表达胞质定位的RNase H1（RH-NES）以特异性清除细胞质R-loop，结果显示，RH-NES表达显著降低细胞质R-loop水平，同时抑制IRF3信号通路和SASP基因表达，但不影响细胞衰老本身（图1h–i）。增加CCF形成，并不影响细胞质R-loop总量（图2f），表明R-loop核输出与CCF形成是两个独立事件。

3 XPO1-DDX1复合物介导R-loop核输出及其向CCFs定位

细胞质R-loop pull-down联合LC-MS/MS筛选出多个候选R-loop结合蛋白，并聚焦于RNA解旋酶DDX1（图3b–d）。EMSA实验证实DDX1可直接结合R-loop结构（图3g）。进一步发现，DDX1通过其C-末端核输出信号（NES）与XPO1互作，介导自身和R-loop的核输出（图3h–i）。

DDX1敲低可显著减少细胞质R-loop水平、降低R-loop向CCFs的定位（图3j–h），利用RayBio抗体芯片检测发现SASP同时被抑制（图3l）。

回补实验显示，野生型DDX1而非NES突变体可恢复R-loop的CCF定位和SASP（图3m–n），且DDX1的解旋酶活性并非必需。

4 DDX1介导的R-loop核输出通过cGAS-STING通路激活固有免疫

前期研究表明，CCFs可通过cGAS-STING通路触发固有免疫应答，为验证细胞质R-loop是否通过cGAS-STING通路发挥作用，研究团队检测了DDX1敲低后cGAS的活化情况。发现DDX1敲低显著减少cGAS与R-loop在CCFs中的共定位，并降低cGAMP生成和STING通路激活（图4e–h）。EMSA实验证实cGAS可直接结合R-loop结构并激活其酶活性（图4k）。

此外，cGAS敲低不影响细胞质R-loop的积累及其与DDX1的互作，但显著削弱R-loop向CCFs的定位（图5e–i），提示R-loop与cGAS在CCFs中的募集存在相互依赖关系。

5 DDX1介导的R-loop核输出在体内SASP功能中不可或缺

为评估该机制的生理相关性，利用异种移植瘤模型发现，DDX1敲低的衰老成纤维细胞促进肿瘤生长的能力显著减弱（图6a）。在NRas^G12V诱导的肝衰老及免疫监视模型中，DDX1敲低导致肝细胞中R-loop阳性CCFs减少、Cgas阳性CCFs下降，同时免疫细胞募集和衰老细胞清除能力受损（图6d–m）。这些结果证实DDX1介导的R-loop核输出在SASP的体内功能中发挥关键作用。

1.6 靶向R-loop核输出可减轻年龄相关炎症并改善健康寿命

为探索靶向R-loop核输出的转化潜力，研究团队对22月龄衰老小鼠给予XPO1抑制剂KPT-330处理。结果显示，KPT-330显著减少肝细胞中R-loop向CCFs的定位，降低促炎SASP因子表达及免疫细胞浸润，并减轻肝纤维化、降低血浆胆固醇水平（图7a–n）。此外，KPT-330处理还显著降低血浆2′3′-cGAMP水平，并延长衰老小鼠的健康寿命。