衰老是大多数疾病的主要危险因素，包括癌症、心脏病和糖尿病等。衰老的一个重要标志是细胞衰老，这是一种由细胞累积损伤引发的细胞周期停滞。已有多项研究表明清除衰老细胞可以延缓衰老延长寿命。

血管内皮细胞(ECs)形成血管的内衬，衰老的ECs被认为会介导血管衰老和年龄相关的血管疾病，特别是动脉粥样硬化和高血压。尽管 EC 依靠糖酵解来产生能量，但人们对糖酵解在 EC 衰老中的作用知之甚少。

近日，来自湖北大学生命科学学院以及武汉大学人民医院的科学家合作在Nature Communications 杂志发表题为“Phosphoglycerate dehydrogenase activates PKM2 to phosphorylate histone H3T11 and attenuate cellular senescence”的文章，该文章发现增强丝氨酸生物合成可延缓衰老促进健康老龄化。

为了鉴定细胞衰老过程中表达差异的基因，研究人员对从同一脐带连续传代的年轻 (P6) 和衰老 (P20) 人脐静脉内皮细胞 (HUVEC) 进行了 RNA 测序 (RNA-seq) ，发现共有 4037 个基因在衰老过程中差异表达。

通过基因集富集分析（GSEA）显示参与甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢的基因在细胞衰老过程中被显着调控，包括PHGDH、PSAT1、PSPH和SHMT1/2，其中PHGDH、PSAT1和PSPH催化糖酵解衍生的丝氨酸从头合成。

通过定量逆转录 PCR (RT-qPCR)，证实这些基因，尤其是PHGDH在复制性衰老 HUVEC 中显着下调。此外，还观察到PHGDH在复制性衰老HUVECs中显着下调。这些结果表明 PHGDH 介导的丝氨酸生物合成在细胞衰老过程中下调。

图 PHGDH 介导的丝氨酸生物合成在衰老的内皮细胞中减少

研究人员随后想探究丝氨酸代谢途径中下游产物的补充是否可以挽救PHGDH 诱导的衰老。发现添加α-酮戊二酸二甲酯（DMKG），一种在丝氨酸生物合成途径中产生的代谢物，并没有恢复siPHGDH转染的HUVEC的衰老表型。同样的，甘氨酸的外源性补充也未能延缓 siPHGDH 转染的 HUVEC 中的细胞衰老。

EC 中血红素的产生需要丝氨酸合成，然而外源性添加血红素并不能挽救 PHGDH 敲低 HUVEC 的加速衰老，丝氨酸在癌细胞中也被转化为 C16：0-神经酰胺以支持细胞生长，添加 C16：0-神经酰胺也不能挽救由 PHGDH 沉默引起的衰老表型。这些数据表明丝氨酸而非其下游代谢物可以防止细胞衰老。

图 PHGDH 介导的丝氨酸生物合成可防止细胞过早衰老

为了确定丝氨酸的潜在靶标，研究人员采用了药物亲和反应靶标稳定性 (DARTS) 技术，该技术基于小分子结合后靶蛋白的蛋白酶敏感性降低。将丝氨酸与 HeLa 细胞裂解物孵育，然后用链霉蛋白酶消化，通过液相色谱-质谱法 (LC-MS)发现丝氨酸可以保护丙酮酸激酶 M2 (PKM2) 免于蛋白水解，分子对接实验也表明丝氨酸可以直接结合PKM2。

虽然PKM2的转录在衰老HUVECs中略有降低，但其蛋白水平在复制性衰老HUVECs、H2O2-和etopose诱导的衰老HUVECs中显着降低。PKM2缺失还加速细胞衰老，表现为p21表达升高，HMGB1表达降低，SA-β-gal阳性细胞百分比增加和SAHF形成。总的来说，这些数据表明丝氨酸通过靶向PKM2延缓细胞衰老。

图 丝氨酸通过靶向 PKM2 部分减轻细胞衰老

总之，该研究发现 PHGDH 介导的丝氨酸合成在延缓内皮细胞衰老中起着重要作用，此外还发现了 PHGDH-PKM2-H3pT11 轴，PHGDH 可以通过该轴调节衰老相关基因的表达并防止过早衰老。

原始出处：

Wu， Y.， Tang， L.， Huang， H. et al. Phosphoglycerate dehydrogenase activates PKM2 to phosphorylate histone H3T11 and attenuate cellular senescence. Nat Commun 14， 1323 (2023). https：//doi.org/10.1038/s41467-023-37094-8.

Tags： Nature Communications：增强丝氨酸生物合成，可延缓衰老促进健康老龄化！