紧密连接蛋白CLDN1在衰老细胞清除和改善骨骼系统退行性变中的作用及其机制研究

Emerging studies have shown that clearance of senescent cells can prolong the development of aging-associated diseases and even lifespan. However, the mechanisms underlying the resistance of senescent cells to apoptosis still remains largely unknown and new target remains to be discovered. Our preliminary results have shown that tight junction protein CLDN1 was specifically unregulated in multiple cellular senescence models. Downregulation of SIRT1 expression increases the expression of CLDN1 through ROS during cellular senescence. Importantly, suppression of CLDN1 expression induced senescent cells to undergo apoptosis. Mass spectrometric analysis showed that CLDN1 interacts apoptosis-associated molecules. Furthermore, the expressions of CLDN1 and senescence marker p16 were increased and co-localized in murine osteoarthritis (OA) model and human OA patient samples. This study aims to further investigate the molecular mechanisms underlying the suppression of apoptotic signalling pathways by CLDN1 in senescent cells and the effect on the progression of OA by targeting CLDN1 in the senescent chondrocytes in vivo. This study may uncover new target of senolysis for the treatment of age-associated diseases.

近年来的研究表明衰老细胞的清除可以减缓衰老相关疾病的发生发展并且延长寿命。然而，衰老细胞抵抗凋亡的机制仍然知之甚少，清除衰老细胞的新靶点有待进一步被发现。本课题组前期通过筛选衰老细胞转录组数据，发现并证实细胞连接分子CLDN1在多种类型的衰老细胞中特异性高表达，并且细胞衰老过程中SIRT1的表达下调通过ROS水平上调CLDN1的表达。重要的是，在衰老细胞中CLDN1和凋亡相关分子互作，沉默CLDN1的表达后活化凋亡信号通路，诱导衰老细胞发生凋亡。在小鼠骨关节炎(OA)模型和临床人OA样本中衰老细胞标记物p16和CLDN1的表达上调并且共定位。该项目拟进一步利用生化等手段探索CLDN1对凋亡相关信号分子的调控机制，并在小鼠OA模型中以CLDN1为靶点清除衰老软骨细胞后延缓OA的作用。研究结果将可能为衰老细胞清除治疗衰老相关疾病提供新的靶点。

通过本课题的实施，完成了预定的目标。个体衰老过程中体内衰老细胞的累积产生的非感染性的慢性炎症是导致组织器官退行性变引发衰老相关疾病的重要原因。近年来，大量的研究表明选择性清除衰老细胞在小鼠模型中能够显著改善多种衰老相关疾病如骨关节炎(OA),糖尿病和神经退行性疾病等。因此发现衰老细胞的新靶点并进一步针对该靶点选择性清除衰老细胞对于治疗衰老相关疾病具有重大的潜在应用价值。该项目的研究首次发现细胞间紧密连接蛋白Claudin1 (CLDN1)在多种细胞衰老模型以及人和小鼠的衰老结缔组织中特异性高表达，可作为一种新的具有组织特异性的细胞衰老表面标志物。并且我们发现衰老细胞中下调的SIRT1部分通过氧化自由基(Reactive Oxidative Species, ROS)上调CLDN1的表达。尤其重要的是，在衰老细胞中沉默CLDN1的表达后诱导其发生凋亡，证明CLDN1具有促进衰老细胞存活的新功能。进一步在小鼠腹腔内移植衰老细胞诱导的行为障碍模型和OA模型中分别注射shRNA腺病毒沉默CLDN1的表达能够清除体内衰老细胞并显著改善小鼠行为学和OA表型。分子机制上，我们发现在衰老细胞中CLDN1与肿瘤坏死因子受体1(Tumor necrosis factor receptor 1, TNFR1)互作并抑制该死亡受体介导的细胞凋亡通路从而促进衰老细胞对凋亡的抵抗。因此综上所述，我们的前期研究发现CLDN1是选择性清除衰老细胞用于治疗衰老相关疾病的新的潜在靶点。