蛋白质稳态丧失

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蛋白质稳态丧失(Loss of Proteostasis)是衰老十二大特征中的“主要特征”之一。它指的是随着年龄增长,细胞内负责蛋白质合成、折叠、构象维护和降解的质量控制网络(Proteostasis Network)逐渐崩溃。这种稳态的破坏导致错误折叠的蛋白质无法被及时修复或清除,进而在细胞内形成有毒的聚集体(Aggregates)。这一过程是阿尔茨海默病帕金森病等神经退行性疾病(统称为“蛋白病”)的核心病理基础。在 2023 年新版理论中,原属于此范畴的“自噬”被独立为巨自噬失能,因此本特征现在更侧重于分子伴侣系统和泛素-蛋白酶体系统(UPS)的衰退。

蛋白质稳态丧失
Loss of Proteostasis (点击展开)
衰老细胞的“垃圾围城”
特征分类 主要特征 (Primary)
关键系统 分子伴侣 (HSPs), UPS系统
标志性病理 淀粉样斑塊, Lewy小体
应激反应 未折叠蛋白反应 (UPR)
关联疾病 阿尔茨海默病, 白内障
干预策略 HSP诱导剂, 化学伴侣

崩溃的三大支柱 (The Three Pillars)

正常的蛋白质稳态依赖于三大系统的协同工作。衰老导致这三道防线逐一失守:

系统/防线 功能描述 衰老中的变化
1. 分子伴侣
(Chaperones/HSPs)
热休克蛋白 (HSP70, HSP90),负责协助新生成蛋白的正确折叠,防止其在拥挤的胞浆中聚集。 诱导表达能力下降(如 HSF1 转录因子活性减弱),导致错误折叠蛋白逃逸。
2. 泛素-蛋白酶体系统
(UPS)
负责降解短寿命、可溶性的错误蛋白。通过给蛋白打上“泛素标签”,送入蛋白酶体(垃圾桶)粉碎。 蛋白酶体活性中心被氧化损伤或被聚集体堵塞,导致降解效率骤降。
3. 巨自噬系统
(Macroautophagy)
负责处理巨大的蛋白聚集体和受损细胞器(UPS无法处理的大件垃圾)。 *注:2023版中已独立为“巨自噬失能”特征,但功能上仍是蛋白质稳态的最后防线。

病理机制:从错误折叠到致病

未折叠蛋白反应 (UPR) 的失效

当内质网(ER)中积累了过多的未折叠蛋白时,细胞会启动未折叠蛋白反应 (UPR)。这是一种求生机制:
1. 暂停新的蛋白质合成(止损)。
2. 增加分子伴侣的产量(扩容)。
3. 如果修复失败,则启动细胞凋亡(自杀)。
衰老效应: 老年个体的 UPR 信号通路(如 PERK, IRE1α)反应迟钝,无法及时纠正错误,也无法及时清除受损细胞,导致功能失常的“僵尸细胞”存活。

蛋白聚集体与神经退行性疾病

当蛋白稳态完全崩溃,特定蛋白会形成不溶性的淀粉样纤维(Amyloid fibrils)。这些聚集体不仅有物理毒性,还会通过“朊病毒样机制”在细胞间传播。

       蛋白聚集体导致神经元死亡
       学术参考文献
       

[1] Hartl FU, Bracher A, Hayer-Hartl M. (2011). Molecular chaperones in protein folding and proteostasis. Nature. 2011;475(7356):324-332.
[机制综述]:详细阐述了分子伴侣网络如何维持蛋白质组的完整性,并提出“蛋白质稳态”是长寿的关键决定因素。

[2] Hipp MS, Kasturi P, Hartl FU. (2019). The proteostasis network and its decline in ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2019;20(7):421-435.
[衰老关联]:深入分析了衰老过程中蛋白稳态网络各组分的下降机制,特别是与神经退行性疾病的关联。

[3] López-Otín C, et al. (2013). The hallmarks of aging. Cell. 2013;153(6):1194-1217.
[定义出处]:首次将“蛋白质稳态丧失”定义为衰老的九大特征之一。

           蛋白质稳态丧失 (Loss of Proteostasis) · 知识图谱
上级归属 衰老十二大特征 (主要特征)
关联机制 巨自噬失能内质网应激热休克反应
临床应用 4-PBA (化学伴侣) • HSP90抑制剂 (抗癌)
核心意义 蛋白质质量控制是长寿的基础