“以毒攻毒”抗衰,31.25倍精准,奥秘就藏于海葵毒液!

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“是谁住在深海的大菠萝里?海绵宝宝!”

这句台词一响,勾起了谁的童年回忆?然而现实的海底世界可不像比奇堡的生活那么和谐。在加勒比海的深处,生活着一种看似柔弱却凶狠的捕食者——海葵,它们的触手中藏着能快速麻痹猎物的强效毒液,让很多海洋小动物避之不及。

但想不到的是,这个海洋杀手,在科学家们的改造下,竟成为了可以对抗衰老的利器[1]!

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清除衰老细胞,为啥不能只靠生化战?

随着年龄增长,机体内会逐渐累积衰老细胞,它们既不分裂也不死亡,却源源不断地向周围散发炎症信号,加速衰老进程。因此,清除衰老细胞成为重要的抗衰策略,迄今为止,科学家们已经发现了多种具有此类功能的化合物,统称为衰老细胞清除剂(Senolytics)。

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图注:清除衰老细胞的重要性

衰老细胞之所以死不掉,是因为它们内部开启了一些抗凋亡的生化信号,传统的Senolytics试图进入细胞内部,切断这些抗凋亡信号,诱导衰老细胞自杀,整个过程离不开对生化信号的识别调控。

但这套传统清除思路,在实战中会面临多重挑战:首先,衰老细胞类型繁多、异质性强,针对单一通路的药物可能漏杀某些目标;它们还会通过调整自身生化信号进行伪装,导致药物逐渐失效(耐药性);并且很多正常细胞也共用这些信号通路,可能会被误伤。

既然传统方法存在耐药、脱靶等问题,要避开这些坑,不妨换个思路:从生化信号转向物理特征。研究团队看向了加勒比海葵毒液中的一种成孔毒素StnI——它是海葵的捕食武器,可以识别猎物细胞膜的脂质特征,通过在膜上打孔来完成捕杀。

StnI的打孔效率还受到细胞膜物理流动性的调控[2]。而衰老细胞的标志之一,正是细胞膜流动性紊乱[3]。那能否将StnI的这种能力,用到靶向衰老细胞上呢?于是,研究团队将天然毒素改造为更安全精准的StnIG,尝试利用其物理攻击的本质,来清除衰老细胞。

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不看信号看外壳,物理法终结衰老细胞

那么,StnIG可以发现衰老细胞物理外壳的什么破绽呢?

在健康细胞中,磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰丝氨酸(PS)两种磷脂,被牢牢限制在膜内侧;然而,细胞衰老后,无法再维持稳定的脂质秩序,膜内侧的PE和PS翻转到细胞膜外表面,相当于自爆身份。StnIG中的α2螺旋结构,就可以精准结合暴露在外的PE/PS,实现对衰老细胞的初步选中。

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图注:StnIG中的α2螺旋结构精准识别衰老细胞

选中后,StnIG就会聚集起来,发动物理攻击——在衰老细胞膜上打出一个个跨膜孔道。细胞外壳变得千疮百孔,无力维持平衡:钠离子、钙离子疯狂涌入细胞内部,而维持细胞功能的钾离子却持续外流。

本就虚弱的衰老细胞,无法招架这种剧烈的离子失衡。涌入的钙离子又会激活钙依赖的钾通道,加剧钾离子流失,导致细胞体积收缩;过量钙离子还会入侵线粒体,破坏其功能,导致能量代谢崩溃。最终,多重打击启动了凋亡与焦亡双程序,让衰老细胞走向死亡,并最终被吞噬清理。

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图注:StnIG选择性地触发衰老细胞的离子失衡(AUC:反映了在StnIG刺激的整个时间段内,离子的流动总量)

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比Navitoclax更优?StnIG的抗衰硬实力

改造后的StnIG,能识别并清除不同来源的衰老细胞,选择性指数高达31.25(可理解为对衰老细胞与正常细胞毒性差异的倍数),还显著优于临床研究常用的Navitoclax(22.4)(通过抑制BCL-2等抗凋亡蛋白,来清除衰老细胞),大幅降低了误伤正常细胞的风险。

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图注:不同毒素变体与经典药物Navitoclax的衰老细胞清除效果(StnI E2A/D9A:N端改造版本;StnIG:研究主角,C端带有纯化标签的优化版本)

而且,由于StnIG瞄准的是衰老细胞难以改变的物理特征,细胞无力像调控生化信号那样修正此错误,因此StnIG的攻击一旦生效,便是致命的。实验证实,它的清除作用具有持久性,即使移除药物,衰老细胞也难以恢复,从而从根源上避免生物通路层面导致的耐药问题。

StnIG还一药双效——在高浓度时(约30nM),能有效清除衰老细胞;低浓度时(10-30 nM),还能显著抑制衰老细胞分泌IL-6等炎症因子,减少对周围组织的破坏。这种清除衰老细胞和改善衰老表型的双重作用,让抗衰效果更全面。

最终,还在小鼠和斑马鱼中验证了它的潜力:能有效清除模型体内的衰老细胞,减少组织衰老标志物;并且,StnIG未出现类似Navitoclax可能引发的出血问题,具有更好的安全性潜力。

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图注:StnIG在斑马鱼模型中清除衰老细胞,效果与阳性药Navitoclax相当

看完全过程,不得不感叹生命和大自然的神奇。海葵花费数亿年进化出的毒素,本意是捕食与杀戮,没想到被人类一番改造,竟成了延续生命的手段。

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自然藏珍,物理抗衰:从毒素变宝到更多可能

自然界中,类似的潜力选手还有不少:例如蟾蜍毒液中的脂蟾毒配基,能在小鼠中清除衰老皮肤细胞并促进胶原新生,具有延缓皮肤衰老的潜力[4];巴西黄蜂分泌的MP1毒素,同样能锁定衰老细胞膜上暴露的脂质乱码,精准爆破[5]。它们凭借天生的细胞识别能力,稍作改造就能变毒为宝。

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图注:蟾蜍和巴西黄蜂

当然,这种彰显暴力美学的物理爆破也并非全无风险。研究团队坦诚指出了潜在雷区:作为一种外源性毒素,如何在人体中避开免疫系统的排异搜索?是否能在人体复杂免疫网络中,保持同样的安全与效果?这些未知,都仍需进一步填补。

既然识别物理特征如此有效,我们的干预思路还可以更开阔:不止于拆除,或许还可维护。已有研究发现,通过增强核纤层蛋白的表达和组装质量,可以加固因衰老而破裂的核屏障,增强细胞核防御[6];《Nature》的一项研究也证实,仅通过物理手段让老化的组织变软,就能让沉睡的干细胞误以为重回青春,再次开启修复程序[7]。

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图注:核纤层蛋白作为细胞核的结构支架

从解读衰老细胞内部嘈杂的生化对话,到识别沉默的物理刻痕,再到向亿万年的自然进化寻求灵感——对抗时间侵蚀的答案,可能就写在生命基础的结构里,隐藏在自然界意想不到的角落。下一把抗衰利器,又会以何种形态出现呢?

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参考文献

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https://doi.org/10.1038/s43587-025-01030-w

[2] Pedrera, L., Ros, U., Fanani, M. L., Lanio, M. E., Epand, R. M., García-Sáez, A. J., & Álvarez, C. (2023). The important role of membrane fluidity on the lytic mechanism of the Α-Pore-Forming toxin Sticholysin I. Toxins, 15(1), 80. 

https://doi.org/10.3390/toxins15010080 

[3] Wi, J. H., Heo, C. H., Gwak, H., Jung, C., & Kim, S. Y. (2021). Probing physical properties of the cellular membrane in senescent cells by fluorescence imaging. The Journal of Physical Chemistry B, 125(36), 10182–10194. 

https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.1c05403

[4] Takaya, K., Asou, T., & Kishi, K. (2023). Identification of resibufogenin, a component of toad venom, as a novel senolytic compound in vitro and for potential skin rejuvenation in male mice. Biogerontology, 24(6), 889–900.

https://doi.org/10.1007/s10522-023-10043-0

[5] Leite, N. B., Aufderhorst-Roberts, A., Palma, M. S., Connell, S. D., Neto, J. R., & Beales, P. A. (2015). PE and PS Lipids Synergistically Enhance Membrane Poration by a Peptide with Anticancer Properties. Biophysical Journal, 109(5), 936–947. 

https://doi.org/10.1016/j.bpj.2015.07.033

[6] De Silva, N. S., Siewiera, J., Alkhoury, C., Nader, G. P. F., Nadalin, F., De Azevedo, K., Couty, M., Izquierdo, H. M., Bhargava, A., Conrad, C., Maurin, M., Antoniadou, K., Fouillade, C., Londono-Vallejo, A., Behrendt, R., Bertotti, K., Serdjebi, C., Lanthiez, F., Gallwitz, L., . . . Manel, N. (2023). Nuclear envelope disruption triggers hallmarks of aging in lung alveolar macrophages. Nature Aging, 3(10), 1251–1268. 

https://doi.org/10.1038/s43587-023-00488-w

[7] Segel, M., Neumann, B., Hill, M. F. E., Weber, I. P., Viscomi, C., Zhao, C., Young, A., Agley, C. C., Thompson, A. J., Gonzalez, G. A., Sharma, A., Holmqvist, S., Rowitch, D. H., Franze, K., Franklin, R. J. M., & Chalut, K. J. (2019). Niche stiffness underlies the ageing of central nervous system progenitor cells. Nature, 573(7772), 130–134. 

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1484-9

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