衰老伴随着蛋白质稳态的丧失，包括细胞内蛋白质组的平衡与功能性。随着年龄增长，蛋白质稳态的各个方面都会受到破坏，包括蛋白质合成与降解之间的平衡、蛋白质运输以及蛋白质折叠过程。脑内蛋白质稳态的丧失会增加个体在认知和运动能力下降，以及神经退行性疾病方面的年龄相关易感性。
以神经元为单位理解蛋白质稳态的动态变化，有望揭示可用于治疗的机制或特定蛋白。然而，尽管已有多种工具被开发并用于研究细胞蛋白质组，但由于缺乏能够在哺乳动物体内以细胞类型特异性方式研究蛋白质动态的稳健模型，这类研究仍受到限制。
在今天的《自然》杂志上，斯坦福大学医学院的研究团队发表了最新研究成果[1]，他们开发了一种利用“非天然氨基酸+特异性突变氨酰‑tRNA合成酶（aaRS）”来标记细胞中新合成蛋白的技术——BONCAT。
通过BONCAT标记小鼠神经元蛋白，研究人员发现，神经元蛋白的降解速度随年龄下降，在中至老年时期，半衰期平均翻倍，而不同脑区的单个蛋白稳定性存在差异。他们还描述了一个老年神经元“聚集组”，包含1726种蛋白，其中近一半在衰老过程中表现出降解减少。该聚集组既包括已知与疾病相关的蛋白，也包括大量此前未与神经退行性疾病相关的蛋白。
值得注意的是，神经元蛋白也会在老年小胶质细胞中积累，其中54%也表现出随年龄而降解和/或聚集减少。尤其是突触蛋白高度富集，这提示可能存在一个级联过程，即突触蛋白周转受损，这些难降解的蛋白在神经元内堆积，小胶质细胞介入，通过突触吞噬尝试清除，导致它们在小胶质细胞中也积累。这可能是年龄相关突触丢失和认知下降的原因。
BONCAT通过在特定细胞中表达突变aaRS，使非天然氨基酸被整合进新合成的蛋白质，并利用点击化学反应（叠氮-炔基环加成反应，广泛应用于生物大分子标记和超分子结构构建）进行检测。
为了实现神经元特异性标记，研究人员使用Camk2a启动子驱动的Cre系统，使突变aaRS仅在兴奋性神经元（CAMK2A阳性神经元）中表达，从而实现特异性地追踪神经元蛋白的合成、降解与聚集动态。
BONCAT标记的CAMK2A阳性神经元覆盖了突触、树突和轴突等主要神经元蛋白，分布于皮层、纹状体和海马等不同脑区，具有区域特异性表达模式和独特的生物过程。
对不同年龄的小鼠的标记追踪显示，在4月龄至12月龄间，小鼠神经元蛋白的降解速度没有太大差异，但是从12月龄至24月龄间，蛋白的半衰期平均翻倍，感觉皮层中最为显著，海马中中等，下丘脑和视觉皮层相对稳定。
一些半衰期延长的蛋白对应着神经退行性疾病风险基因，如LRPPRC和RAPGEF2，也有一些蛋白对衰老和神经退行性疾病的影响仍待阐明，如DLG2、NLGN3、STXBP1和TMED10。
从细胞类型上看，半衰期延长最多的为突触蛋白、细胞连接蛋白和线粒体蛋白。在感觉皮层中，突触传递功能蛋白是最易受年龄相关降解速度变化影响的，相比之下，代谢过程相关蛋白受影响最小。
结合BONCAT的标记结果、不溶性分级和质谱分析，研究人员定义了一组不溶性比例增加或降解减慢的聚集组（aggregome），包含1726种蛋白，其中近一半表现出老年时期降解减少，这些蛋白有一些我们熟悉的和神经退行性疾病有关的，例如TDP-43、FUS和NSF，也有大量此前未被发现存在聚集现象的。
功能分析显示，聚集组中，突触相关蛋白反复出现，并代表了一系列突触解剖结构和功能。
虽然在直观的理解中，蛋白聚集和降解减慢应该是“一体两面”，但是研究人员还是检查了二者之间是否存在关联。他们发现，这两类蛋白有显著重叠，超过一半的聚集蛋白同时表现出降解减慢，突触蛋白在其中又特别显著。
最后，由于小胶质细胞会通过检测、吞噬和处理神经元蛋白质来维持神经元稳态，研究人员在小胶质细胞细胞中检测了神经元蛋白。他们发现，小胶质细胞中确实存在大量神经元蛋白，并且与神经元中降解减慢或聚集的蛋白高度重叠，占比约为54%，同样高度富集突触蛋白，最多的是与突触传递和结构相关的。
作为独立验证，研究人员分析了现有的小鼠和人类小胶质细胞数据集，其中分别有近1000种和600种蛋白被标记为突触蛋白，和此次的标记蛋白相比较时，重叠率分别为87.12%和62.71%。
综上所述，在这项首创的以神经元特异性视角进行的大规模体内研究中，研究人员证实，神经元蛋白降解速度随年龄下降，主要发生在中年之后，聚集可能是降解减少的部分原因，二者共同锚定了突触蛋白富集/稳态丧失可能是年龄相关突触功能障碍的核心。
研究人员提出，未来的研究必须阐明神经元蛋白稳态降低的后果，并开发恢复神经元蛋白稳态的疗法，以促进大脑对衰老和疾病的韧性。
参考文献：
[1] Guldner, I.H., Wagner, V.P., Moran-Losada, P. et al. Ageing promotes microglial accumulation of slow-degrading synaptic proteins. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09987-9
本文作者丨应雨妍