衰老与疾病

随着人口的逐渐老龄化,探索衰老的生物学基础及其相关的分子机制已成为现代科学研究的一个重要课题。衰老会引起多器官功能衰减,导致各种衰老相关代谢、神经系统、心血管重大疾病发生和发展。如糖尿病, 骨质疏松症、心力衰竭、冠心病、阿尔茨海默症。另外衰老与肿瘤的发生发展也密切相关。

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Cell:肠道菌群突变可延长动物寿命?

来源:学术经纬 2017-06-17 15:20

 

 

长寿是人类永恒的话题。阅遍世间繁华,没有人愿意轻易离开这个世界,这也催生了人类对于长寿的渴求。来自美国贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的王萌教授及其团队发现,想要长寿,得要伺候好肠道里的菌群。这项研究今日发表在了生物学顶级期刊《细胞》上。

肠道菌群是近年来生物学领域的研究热点之一。在人体中,微生物细胞的数量是人体细胞数量的近10倍!科学家们也相信,这些微生物与人体共同形成了一个“生态系统”,微生物的一举一动,影响了人体代谢的方方面面。去年,美国微生物组计划启动。科学家们也希望借助对人体微生物更深入的研究,来了解它们如何影响了人类的健康。

“科学界越来越清楚地认识到,人类的身体与体内数百万个微生物如何相互作用,会影响人类的认知、代谢、甚至是衰老,” 王萌教授说道:“在这项工作中,我们研究了微生物组的遗传组成是否会影响长寿。”

这项研究中,科学家们使用了常见的模式生物——线虫。这类生物的生命周期只有短短数周,期间它们进食、成长、繁殖、衰老、最终死亡。较短的生命周期,使得研究人员能够很快地筛选出那些活得比较久的个体,寻找背后的生物学机制。

这项实验的基本设计并不复杂:为了了解微生物中的那些基因可能会影响长寿,研究人员们建立了一个庞大的细菌突变库。在这个细菌突变库中,有着将近4000种不同的大肠杆菌,每一种大肠杆菌,都缺少一条特定基因。然后,研究人员们用这些大肠杆菌去喂食线虫,并统计这些线虫能活多久。那些活得较久的线虫所吞下的大肠杆菌,也许就藏有长寿的奥秘。

在研究人员们测试的近4000条基因中,影响长寿的基因还不少!实验发现,有29条基因会让线虫的寿命显着延长。从功能上看,这些基因的作用五花八门。它们有的影响基因转录与蛋白翻译,有的参与了代谢,有的则影响了蛋白的折叠与降解。要明确它们如何影响了寿命,研究人员决定启动下一阶段的研究。

先前有一些论文表明,线虫体内的IGF-1与TOR等信号通路会影响寿命。这些基因是否也会通过线虫体内的这些通路,让线虫活得更久呢?为了回答这个问题,研究人员进一步敲除了线虫体内这些通路的关键基因,然后再给它们投喂这29种带有基因突变的大肠杆菌,并观察它们的生长。实验发现,在敲除了线虫体内的关键基因后,不少大肠杆菌无法再延长线虫的生命。这些结果也暗示,大部分大肠杆菌的基因依旧需要通过已知的信号通路,来让线虫变得长寿。

分析发现,大肠杆菌内的hns基因突变与lon基因突变似乎并不参与到已知能延长线虫寿命的信号通路中,这表明它们可能是通过一种未知的独特机制,使线虫延年益寿。更有意思的是,这两条基因有着类似的功能——调节一种多糖colanic acid(CA)的合成。在CA的生物合成过程中,RcsA起到了关键的激活作用,而hns编码的蛋白会抑制RcsA,lon编码的蛋白更是会对RcsA进行降解。因此,研究人员推断,这两条基因突变导致了CA水平的上升,而这又进一步促进了线虫的长寿。

为了验证这个假设,研究人员们首先在大肠杆菌的培养基中测量了CA的水平,并确认在这两个基因突变后,大肠杆菌分泌了更多的CA。此外,研究人员在这两种大肠杆菌内,进一步敲除了RcsA基因,并发现线虫的寿命无法得到延长。这些结果强烈表明,正是CA这种多糖,延长了线虫的生命。

当然,更直接的方法显然是让这些线虫吃下CA,并观察它们是不是能活更久。实验发现,在与普通细菌一通喂食后,纯化的CA的确延长了线虫的生命。这一效果甚至能跨物种存在。在果蝇实验中,CA同样延长了这些动物的生命。

这是为什么呢?研究人员们同样在这篇论文中阐明了CA的工作机理。原来,CA能调节线粒体的活性,以及对未折叠蛋白的响应(UPR-mt)。线粒体是细胞中产生能量的关键。也许正是这些细胞“发电站”的顺畅工作,改善了细胞机能,从而影响了线虫的生命。

“这些结果非常有趣,也从生物学的角度让我们更好地理解了宿主与微生物之间的交流,”王萌博士评论说:“我们目前认为,线粒体是在数百万年前进入原始细胞的细菌演化而来。我们的研究表明,现代的细菌依然可以和这些细胞中的线粒体进行沟通交流。我们认为这类沟通非常重要。完全了解微生物与线粒体之间的沟通,能帮助我们从更深的层次上,理解微生物与宿主之间的关系。”

我们期待研究人员能为我们带来更多新的发现。或许,通过调节肠道微生物,我们有朝一日能迎来延年益寿的新方法。(生物谷Bioon.com)

 

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