前言

衰老是一个复杂且多维度的生物学过程，它不仅标志着时间的流逝，更伴随着生物体多种生理功能的逐渐衰退以及各类疾病风险的显著上升。从细胞层面的代谢减缓、DNA损伤累积，到器官系统的功能失调，衰老的影响贯穿生命的各个阶段。近年来，随着分子生物学和蛋白质组学的飞速发展，半胱氨酸修饰蛋白组学逐渐走进了研究者的视野。硫基化修饰作为其中的一种重要的蛋白质后修饰，逐渐受到研究者的关注。它在细胞信号传导、代谢调控以及抗氧化防御等关键生理过程中扮演着不可或缺的角色。

2025年1月21日德国莱布尼茨研究所Milos R Filipovic的教授团队在Cell Metab杂志（IF：27.7）上发表了题为“Ergothioneine improves healthspan of aged animals by enhancing cGPDH activity through CSE-dependent persulfidation”的研究文章，该研究发现利用硫巯基化修饰组学发现食用硫醇类物质麦角硫因(ET)可以通过CSE催化的H2S产生和蛋白质过硫化作用发挥作用，从而显著增强线虫和老鼠的寿命。ET处理不仅增加了线虫和老鼠的NAD+水平，导致线粒体呼吸、ATP产生和细胞生长增强，从而改善了老龄老鼠的肌肉质量、血管化、肌肉细胞干细胞和跑步机耐力。这些发现阐明了ET的多方面作用，并为治疗与年龄相关的肌肉减少和代谢紊乱提供了见解。

图1 模式图

（图源：Petrovic, et al., Cell Metab, 2025）

探索ET对衰老动物健康寿命的影响

首先，研究人员在秀丽隐杆线虫模型中测试了ET对寿命和健康寿命的影响。他们观察到ET处理显著延长了线虫的寿命，并提高了其运动能力，增强了抗应激能力，并降低了与年龄相关的生物标志物的水平。为了阐明ET的作用机制，研究人员对线虫的硫巯基化修饰蛋白质组和转录组进行了分析。他们发现，ET处理导致超过300种蛋白质的蛋白质硫巯基化（PSSH）水平显著增加，但这些变化并没有导致基因表达的变化，提示ET的作用可能是通过翻译后修饰来实现的。

图2 ET可延长秀丽隐杆线虫的寿命和健康状况

（图源：Petrovic, et al., Cell Metab, 2025）

阐明ET作用的分子机制

研究人员通过组学分析观察到，ET处理导致线虫体内多种蛋白质的硫巯基化水平显著升高。这些发生硫巯基化的蛋白质主要定位在细胞质囊泡和线粒体ATP合酶复合物中，并且与抗氧化活性以及铜、NAD+和FAD的结合活性相关。进一步的热蛋白质组学分析（TPP）识别CSE作为ET结合靶点的可能性，并进行体外实验验证 ET 与CSE的相互作用。使用分子对接软件预测ET与CSE的结合位点，并分析其相互作用模式。ET处理导致线虫和MEF（小鼠胚胎成纤维）细胞中H2S水平的升高，证实了ET作为CSE的替代底物。研究还揭示了ET的反应机制，CSE将ET去硫基化，生成Hercynine，然后进一步转化为过硫化物，并最终产生H2S。CSE在线虫和MEF细胞中的存在是ET产生H2S的关键。

图3 ET是CSE产生H2S的底物

（图源：Petrovic, et al., Cell Metab, 2025）

证实ET作用的依赖性

研究人员通过一系列实验证实了ET的作用。首先，在CSE敲除的线虫中，使用Kaplan-Meier生存分析和Mantel-Cox长秩检验评估ET对线虫寿命的影响，发现ET处理没有延长寿命或改善健康寿命，这证实了ET的作用依赖于CSE。类似地，MPST（3-巯基丙酮酸硫转移酶）敲除的线虫也未能从ET中获得健康寿命的益处，这表明MPST表达并非ET作用所必需。此外，在CSE敲除的MEF细胞中，使用MTT法和线粒体呼吸功能分析确定ET处理没有改善抗氧化活性或细胞生长，这进一步证实了ET的作用依赖于CSE。细胞活力和代谢分析显示，ET处理导致MEF细胞和HUVEC（人脐静脉内皮）细胞的线粒体呼吸增强、ATP产生增加和细胞生长加快。然而，这些效应在CSE敲除细胞中消失，这证实了ET的作用依赖于H2S信号传导和细胞代谢。这些发现不仅揭示了ET作用的分子机制，而且强调了CSE在ET介导的生物效应中的关键作用。

图4 ET治疗对寿命和健康的益处取决于CSE

（图源：Petrovic, et al., Cell Metab, 2025）

探究ET对NAD+水平的影响

研究人员在探究ET对NAD+水平的影响方面发现，ET处理显著提高了线虫、MEF细胞和肌肉组织中的NAD+水平。这一发现提示ET可能在调节细胞能量代谢和衰老过程中发挥重要作用。通过硫巯基化分析，研究人员进一步发现ET处理导致cGPDH的硫巯基化水平显著升高。cGPDH是NAD+生成途径中的关键酶，它在将葡萄糖-6-磷酸转化为6-磷酸葡萄糖酸的过程中产生NADPH，进而影响NAD+/NADH的平衡。cGPDH敲除的线虫未能从ET中获得NAD+水平的益处，这表明cGPDH是ET作用的关键酶。此外，研究人员还发现ET处理导致肌肉组织中cGPDH活性显著升高，并证实了cGPDH硫巯基化是导致活性升高的原因。这一发现揭示了ET通过调节cGPDH的硫巯基化状态来影响其活性的机制，从而可能影响NAD+的生成和细胞代谢。

图5 ET通过引起3-磷酸甘油脱氢酶的硫巯基化来增加NAD水平并改善肌肉健康

（图源：Petrovic, et al., Cell Metab, 2025）

小结

综上所述，本研究发现ET通过CSE-H2S-cGPDH-SSH-NAD+信号通路提高NAD+水平，从而改善肌肉质量、血管化、肌肉细胞干细胞数量和耐力，延长健康寿命。这一发现为理解ET在衰老过程中的作用提供了新的视角，并为开发针对衰老相关疾病的新疗法提供了潜在的可能性。ET的作用机制和潜在的治疗应用为未来的研究提供了丰富的探索空间。通过进一步的研究，我们可能会发现ET在改善人类健康和延长健康寿命方面的更多潜在益处。

拜谱小结

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参考文献：

Petrovic D, Slade L, Paikopoulos Y, D'Andrea D, Savic N, Stancic A, Miljkovic JL, Vignane T, Drekolia MK, Mladenovic D, Sutulovic N, Refeyton A, Kolakovic M, Jovanovic VM, Zivanovic J, Miler M, Vellecco V, Brancaleone V, Bucci M, Casey AM, Yu C, Kasarla SS, Smith KW, Kalfe-Yildiz A, Stenzel M, Miranda-Vizuete A, Hergenröder R, Phapale P, Stanojlovic O, Ivanovic-Burmazovic I, Vlaski-Lafarge M, Bibli SI, Murphy MP, Otasevic V, Filipovic MR. Ergothioneine improves healthspan of aged animals by enhancing cGPDH activity through CSE-dependent persulfidation. Cell Metab. 2025 Jan 15:S1550-4131(24)00490-X. doi: 10.1016/j.cmet.2024.12.008