这项研究为饮食限制的效果提供了新的线索

时间:2021年12月1日
来源:MDI Biological Laboratory

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对微小线虫的最新研究表明,在饮食限制条件下,肌肉可能是一种受保护的组织。

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限制饮食是最有效的抗衰老干预措施之一,在不营养不良的情况下限制热量摄入。当面对营养的缺乏时,生物体通过降低蛋白质的翻译或生产来保存资源,而蛋白质的翻译或生产是细胞中最耗费能量的过程之一。蛋白质是组织和器官的组成部分,并发挥重要的生理功能。

通过减少蛋白质转译来保存细胞资源,使生物体存活下来,当食物变得充足时可以繁殖,从而带来进化上的好处。但这是以合成代谢功能或生长和繁殖的减少为代价的。

通过研究微小的线虫,秀丽隐杆线虫,Rogers试图确定基因抑制蛋白质翻译在各种组织中的作用。虽然皮肤、神经和生殖组织的反应与预期的一样,提高了存活率,减少了生长和繁殖,但对肌肉的影响却恰恰相反:生长和繁殖非但没有受到抑制,反而加速了。

秀丽隐杆线虫在衰老研究中是一个很受欢迎的模型,因为它与人类有许多相同的基因,包括控制营养感应通路的基因,而且因为它的短寿命让科学家可以快速评估抗衰老干预的效果。

觅食的作用

Rogers的理论是,在营养缺乏的情况下,肌肉可能会得到保护,以支持生物体觅食的能力。

Rogers说:“减少蛋白质合成通常是为了延长寿命而降低生长和繁殖能力。”“但在肌肉组织中,我们看到了相反的情况,这不是我们预期的。我们发现,肌肉组织在通常不利于生长和繁殖的条件下具有优势——即使在营养缺乏的情况下,它的生长潜力也得到了保护。”

这项名为“Anabolic Function Downstream of TOR Controls Trade-offs Between Longevity and Reproduction at the Level of Specific Tissues in C. elegans”的研究最近发表在杂志上。除了通讯作者Rogers之外,作者还包括中佐治亚州立大学的第一作者Amber C. Howard博士,她曾在MDI生物实验室工作。

这一结果表明,有可能开发出在不失去肌肉组织的情况下延长健康寿命的抗衰老药物。这些研究还揭示了运动有益长寿的内在机制,并反过来揭示了作为动物模型的“沙发土豆”的缺点。

运动形式的肌肉活动可以向细胞发出信号,告诉它觅食活动很频繁,换句话说,营养物质很缺乏。这样的信号将启动一个系统的寿命提高生存和维持计划,它将抑制大多数组织的生长和繁殖,但将其保存在肌肉组织中,在肌肉组织中生长仍然是为了寻找食物的目的。

Rogers说,对高水平肌肉活动作出反应的生长和生殖程序的系统性失活,可以解释一种被称为运动闭经的情况,在这种情况下,过度运动的女性月经停止。

相反,他的理论是,对于食物的获取至关重要的肌肉组织的不活跃,可以被细胞感知为缺乏觅食活动。如果再加上充足的食物供应,这种感觉可能会提示生殖系统,环境中的营养丰富——沙发土豆的情况——因此环境是生长和繁殖的最佳条件。

他解释说:“我们相信肌肉可能会发出激素样信号,依赖于收缩来产生和释放。”“如果一个生物体不使用它的肌肉,这个信号可能会通知生殖系统,觅食活动很低,换句话说,食物很充足,因此,这个条件是产生下一代的最佳条件,从而将细胞资源转向生长和繁殖。”

尽管Rogers指出,线虫和人类之间的相似之处并不总是有效的,他推测,inactivity-triggered溶合的生长和繁殖计划,不再是有关生殖年龄后,随着老龄化的削弱系统的身体无法控制它,可能导致“超”老年病理,如癌症、糖尿病(高血糖)和高血压。

改善抗衰老药物的负面作用

在过去的十年里,重要的研究集中在一种叫做雷帕霉素的药物的抗衰老潜力上,这种药物被认为是一种“模仿DR”的药物,因为它有抑制蛋白质转译的能力。与DR一样,雷帕霉素已被证明可以延长酵母、蠕虫和苍蝇的健康寿命,并能预防或延缓小鼠(与人类一样的哺乳动物)发生与年龄相关的退行性疾病。

随着雷帕霉素和其他DR模拟药物作为潜在的抗衰老疗法的深入研究,罗杰斯相信他发现的抑制蛋白质转译的组织依赖特性可能为在不丧失合成代谢的情况下延长寿命的药物指明道路。或者在肌肉中,当蛋白质合成被抑制时,替换组织的能力,从而“无需权衡就能延长寿命”。

一个潜在的应用可能是对肌少症的治疗,这是一种可能使人衰弱的与年龄相关的骨骼肌丧失,影响着多达13%的60多岁的人,多达一半的80多岁的人。由于肌肉可能不会受到蛋白质转换抑制的影响,罗杰斯设想了一种抗衰老疗法,既能延长寿命,又能防止肌肉萎缩。

“120多年来,MDI生物实验室一直专注于动物模型的比较研究,以深入了解人类健康,”主席Hermann Haller医学博士在谈到这项研究时说。“埃里克在秀丽隐杆线虫中发现,肌肉在营养匮乏的条件下受到保护,这可能导致无副作用的抗衰老药物的开发,再次证明了我们方法的价值。”

Journal Reference:

  1. Amber C. Howard, Dilawar Mir, Santina Snow, Jordan Horrocks, Hussein Sayed, Zhengxin Ma, Aric N. Rogers. Anabolic Function Downstream of TOR Controls Trade-offs Between Longevity and Reproduction at the Level of Specific Tissues in C. elegans. Frontiers in Aging, 2021; 2 DOI: 10.3389/fragi.2021.725068essed November 30, 2021).

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