易基因：NC/IF15.7：浙江大学陈淑洁/王良静团队acRIP-seq等揭示ac4C RNA修饰调控肠道衰老及年龄相关肠道疾病发病机制

大家好这里是专注表观组学十余年领跑多组学科研服务的易基因。近日浙江大学王良静教授和陈淑洁教授团队合作在《Nature Communications》期刊发表题为“Targeting NAT10 alleviates colonic senescence and elderly-onset colitis by disrupting N4-acetylation ofDYRK1A”的科研成果。研究聚焦于肠道衰老与老年性溃疡性结肠炎UC的分子机制系统阐明了mRNA N4-乙酰胞苷ac4C修饰及其特异性“writer酶”NAT10在结肠上皮细胞衰老中的核心调控作用。研究通过acRIP-seq分析鉴定出DYRK1A是NAT10介导的ac4C修饰的关键下游靶基因随后通过多维度实验证实NAT10通过ac4C修饰稳定DYRK1A mRNA驱动结肠上皮细胞衰老NAT10和DYRK1A在老年UC患者的溃疡性结肠炎组织中显著上调且与疾病严重程度正相关最后揭示靶向抑制“NAT10/DYRK1A”轴可显著延缓肠道衰老并缓解老年性结肠炎。这一发现为理解肠道衰老的表观转录调控机制提供了新视角并为靶向RNA修饰治疗衰老相关肠道疾病提供全新策略。英文标题Targeting NAT10 alleviates colonic senescence and elderly-onset colitis by disrupting N4-acetylation ofDYRK1A译文标题靶向NAT10通过抑制DYRK1A ac4C乙酰化修饰以缓解结肠衰老及老年性结肠炎发表时间2026-03-01发表期刊Nature Communications影响因子IF15.7/Q1技术平台acRIP-seq等作者单位浙江大学DOI10.1038/S41467-026-70220-W易小结本研究将表观转录组学分析应用于衰老生物学及年龄相关疾病老年性结肠炎突破了传统DNA甲基化与组蛋白修饰的研究思路揭示了转录后基因调控网络在衰老进程中的关键作用。研究通过acRIP-seq技术绘制的全转录组ac4C修饰图谱精准描绘了衰老状态下mRNA乙酰化修饰动态重编程图谱为后续功能验证奠定坚实组学基础。未来可拓展至肿瘤、神经退行性疾病等其他衰老相关领域。研究方法1细胞衰老模型人结肠上皮细胞系NCM460, CCD841诱导衰老连续传代至第20代构建复制性衰老模型。2分子与生化检测RNA修饰定量LC-MS/MS和ac4C dot blot检测整体ac4C水平。细胞衰老表征SA-β-半乳糖苷酶SA-β-Gal染色、细胞周期流式分析、衰老相关分泌表型SASP因子qPCR检测、衰老标志蛋白Western blot。功能实验Edu掺入检测增殖、克隆形成实验、细胞活力与Caspase-3/7活性检测、流式分析。3机制探索及验证acRIP-seq乙酰化RNA免疫沉淀测序对对照组、衰老组及衰老NAT10敲低组的NCM460细胞进行acRIP-seq测序在全转录组范围鉴定ac4C修饰差异峰并筛选出候选靶基因。acRIP-qPCR验证候选基因DYRK1A, LMLN等上ac4C修饰的特异性富集。RNA稳定性实验使用转录抑制剂Actinomycin D处理通过qPCR追踪DYRK1A mRNA衰减速率。多聚核糖体分析评估DYRK1A mRNA的翻译效率。NAT10-RIP qPCR验证NAT10蛋白与DYRK1A mRNA的直接结合。4体内动物模型基因编辑小鼠Nat10杂合敲除Nat10/-小鼠。药物干预腹腔注射NAT10抑制剂Remodelin或DYRK1A抑制剂Harmine。病毒干预尾静脉注射AAV-shNat10或AAV-Dyrk1a进行基因敲低或过表达。疾病模型使用葡聚糖硫酸钠DSS诱导老年小鼠急性结肠炎。表型分析结肠镜评分、结肠长度测量、组织学评分HE、免疫组化/免疫荧光检测Ki67, Muc2, Ocln,γ-H2AX等、类器官培养评估肠道干细胞功能。5临床样本分析收集22例健康对照和37例溃疡性结肠炎患者结肠活检标本免疫组化检测NAT10和DYRK1A表达及其与疾病严重程度的相关性。结果图形1mRNA ac4C修饰及其writer酶NAT10在衰老结肠上皮细胞中上调研究首先在H2O2或阿霉素诱导的衰老结肠上皮细胞NCM460和CCD841中通过LC-MS/MS和dot blot发现整体mRNA ac4C修饰水平显著升高图1c-d。同时ac4C唯一已知writer酶NAT10蛋白表达也相应上调并伴随经典衰老标志物p53, p21, p16,γ-H2AX上调和细胞周期蛋白Cyclin D1下调图1e。在复制性衰老模型传代20代的CCD841细胞中也观察到类似表征图1f-g。上述结果首次将ac4C修饰及其NAT10酶与结肠上皮细胞的衰老状态直接关联。图1NAT10与mRNA ac4C修饰在衰老结肠上皮细胞中表达上调2NAT10通过mRNA ac4C修饰调控结肠上皮细胞衰老为验证NAT10功能研究者在衰老细胞中敲低NAT10后分别过表达野生型NAT10NAT10-WT或乙酰转移酶活性缺失突变体NAT10-K290ANAT10-MUT。结果显示过表达野生型NAT10NAT10-WT能增加ac4C修饰并部分逆转衰老诱导剂引起的衰老表型如SA-β-Gal阳性率升高、Edu阳性率降低而催化失活突变体NAT10-MUT则无法恢复图2a-c。敲低NAT10能降低衰老细胞的活力、增加其Caspase-3/7活性和凋亡率而过表达NAT10-WT可挽救此表型图2d-h。这表明NAT10通过其乙酰转移酶活性以ac4C修饰依赖性方式调控结肠上皮细胞衰老进程及衰老细胞存活。图2NAT10通过mRNA ac4C修饰调控结肠上皮细胞的衰老表型3敲低Nat10缓解小鼠肠道衰老研究者首先检测不同月龄2、6、12、18月龄C57BL/6小鼠结肠组织中的Nat10表达发现其蛋白水平随年龄增长进行性升高且主要定位于结肠上皮隐窝图3a-b。为验证Nat10在体内的功能研究者将Nat10/-杂合敲除小鼠与野生型同窝饲养至12月龄Aged-Nat10/- vs Aged-WT。结果显示Aged-Nat10/-小鼠结肠组织中Nat10蛋白水平显著降低伴随衰老标志物p16、p21、p53下调干细胞标志物Lgr5及紧密连接蛋白Ocln上调结肠黏膜高度增加图3d-e。通过AAV8-shNat10尾静脉注射实现老年小鼠18月龄肠道特异性Nat10敲低同样观察到p16、p21下调Ocln和Ki67细胞增加图3f-g。这些结果证明降低NAT10水平可在体内缓解年龄相关的结肠衰老增强黏膜屏障和再生能力。图3Nat10下调可以保护老年结肠上皮更新并减少衰老4DYRK1A作为NAT10介导RNA ac4C修饰的靶基因为筛选NAT10-ac4C修饰的下游靶基因研究者对对照组NC-Si、衰老组H-Sen NC-Si和衰老NAT10敲低组H-Sen NAT10-Si三组样本进行了acRIP-seq测序图4a。测序结果显示ac4C修饰主要富集于mRNA的CDS区域图4bmotif分析显示ac4C富集于C-rich序列CXX重复 motif。在H-Sen vs Control比较中鉴定出1,228个高乙酰化峰对应858个基因在H-Sen NAT10-Si vs H-Sen NC-Si比较中鉴定出640个低乙酰化峰对应529个基因。GO富集分析显示这些基因与自噬、I型干扰素信号、DNA损伤应答等衰老相关通路有关图4c。通过交集分析筛选出4个候选基因THAP5、DYRK1A、LMLN和MVB12A图4d。随后的acRIP-qPCR验证显示DYRK1A和LMLN的ac4C富集水平与测序数据一致图4e但仅DYRK1A mRNA表达水平在NAT10敲低后显著下调图4f。放线菌素D追踪实验结合RNA-seq显示DYRK1A mRNA在NAT10敲低后稳定性显著降低图4g。acRIP-seq的IGV可视化分析显示DYRK1A mRNA CDS区域存在多个ac4C峰且在衰老细胞中增强、NAT10敲低后减弱或消失图4h。Western blot证实NAT10调控DYRK1A蛋白表达图4i。这些结果确立DYRK1A为NAT10-ac4C修饰调控结肠上皮细胞衰老的关键下游效应分子。图4DYRK1A作为mRNA ac4C修饰调控结肠上皮细胞衰老靶点5NAT10通过调控DYRK1A mRNA稳定性促进结肠上皮细胞衰老在确定DYRK1A为靶点后研究深入探索了其调控机制。acRIP-qPCR证实DYRK1A mRNA的CDS区在衰老细胞中ac4C修饰显著富集图5a。其mRNA和蛋白水平在衰老细胞中也均上调图5b-c。NAT10-RIP实验证明NAT10蛋白与DYRK1A mRNA的CDS区在衰老细胞中结合增强图5d。关键机制验证表明衰老细胞中DYRK1A mRNA稳定性增加敲低NAT10后其稳定性下降图5e。多聚核糖体分析还发现NAT10敲低后DYRK1A mRNA与重多聚体的结合减少提示ac4C修饰也促进其翻译效率图5f。功能回复实验证明过表达DYRK1A可以挽救因NAT10敲低导致的衰老表型减轻、SASP因子表达下降以及凋亡活性增加等现象图5g-j。在复制性衰老模型中也验证了DYRK1A的促衰老作用。上述研究结果完整证明NAT10通过ac4C修饰稳定DYRK1A mRNA并促进其翻译从而驱动结肠上皮细胞衰老。图5NAT10通过ac4C介导的DYRK1A mRNA调控促进结肠上皮细胞衰老6敲低Nat10或药物干预可以促进老年小鼠肠道类器官体内再生肠道类器官培养是评估干细胞功能的金标准。研究团队从Aged-Nat10/-或Remodelin处理的老年小鼠中分离出结肠类器官相比对照组Aged-Nat10/-组表现出更高的出芽比例、更强的增殖能力Edu掺入、更高的干细胞标志物Lgr5表达以及更快的生长速率图6b-d同时伴随p21下调而Pcna和Muc2上调图6e-f。在体外用LPS刺激模拟应激时Aged-Nat10/-组或Remodelin处理组的类器官能更好地维持Lgr5表达、出芽能力和更低的DNA损伤γ-H2AX及Dyrk1a水平图6h-k。上述结果表明Nat10缺失增强老年小鼠类器官的干细胞特性和增殖能力改善应激条件下的再生潜能。图6Nat10缺失增强老年小鼠结肠类器官功能并缓解LPS诱导的增殖损伤7靶向NAT10/DYRK1A轴缓解老年小鼠结肠炎研究在疾病模型中检验治疗潜力。在DSS诱导的老年小鼠结肠炎模型中Nat10杂合敲除、Remodelin或Harmine干预均能显著减轻疾病严重程度表现为体重下降显著减轻、结肠缩短改善、结肠镜和组织学损伤评分降低、炎症因子表达下降图7b-e、i。同时结肠组织中ac4C修饰、γ-H2AX和Dyrk1a蛋白水平降低而屏障蛋白Occludin表达上调图7f、j-k。AAV介导的基因操作实验显示shNat10显著缓解DSS诱导的结肠炎减轻体重下降、降低病理评分而Dyrk1a重新表达可逆转这些保护效应恢复结肠炎严重程度图7l-n。这些结果确证靶向NAT10/DYRK1A轴是缓解老年小鼠结肠炎的有效治疗策略。图7老年小鼠中Nat10缺失缓解DSS诱导的结肠炎8NAT10和DYRK1A在老年结肠及老年UC组织中高表达最后研究团队进行临床验证研究者对22例健康对照和37例UC患者结肠活检标本进行免疫组化分析。结果显示NAT10和DYRK1A在老年健康对照Old-HC和老年UC患者Old-UC的结肠黏膜中均显著上调且老年UC患者表达水平最高图8a-c。Spearman相关分析显示UC活检样本中NAT10与DYRK1A免疫组化评分呈显著正相关图8d。按内镜Mayo评分分层分析显示Mayo 2-3分重度老年UC患者的NAT10和DYRK1A表达水平显著高于Mayo 0-1分轻度患者图8e。这些临床数据强烈支持NAT10/DYRK1A轴在老年UC中的病理相关性及作为治疗靶点的转化价值。图8NAT10和DYRK1A在老年结肠和老年UC组织中表达升高结论和启示本研究通过acRIP-seq等分析揭示了NAT10介导的mRNA ac4C修饰是调控结肠上皮细胞衰老的核心表观转录机制。NAT10通过增加DYRK1A mRNA的ac4C修饰来增强其稳定性和翻译导致DYRK1A蛋白积累从而驱动细胞衰老和老年性结肠炎发生发展。靶向NAT10或其下游DYRK1A在临床前模型中能有效逆转肠道衰老表型并缓解结肠炎。理论层面将“RNA修饰”、“细胞衰老”和“年龄相关炎症疾病”三大前沿领域紧密串联提出了“表观转录衰老”新概念拓展了衰老的分子调控网络。技术层面展现了acRIP-seq等表观转录组学技术在解析复杂生物学过程、挖掘调控通路中的重要作用。转化层面提出并验证“NAT10/DYRK1A轴”作为治疗老年性结肠炎等年龄相关疾病的崭新药物靶点为开发靶向RNA修饰酶的小分子抑制剂或疗法提供了直接的理论和实验依据具有重要的临床转化前景。参考文献Chen J, Xue M, Mi S, Fu A, Chen W, Sun Y, Xia S, Ge Q, Luo J, Yu Q, Wang L, Chen S. Targeting NAT10 alleviates colonic senescence and elderly-onset colitis by disrupting N4-acetylation of DYRK1A. Nat Commun. 2026 Mar 1. doi: 10.1038/s41467-026-70220-w.