Nature Cell Biology科学家发现一种新的细胞过程

公共卫生的改善使人类比以往任何时候都能活得更久，但对许多人来说，这些增加的黄金岁月并没有健康地度过。衰老是生命的自然组成部分，但它与大多数慢性疾病的发病率大大增加有关，包括各种癌症、糖尿病和阿尔茨海默病。

细胞与发育生物学助理教授克里斯·伯克维茨（Kris Burkewitz）的实验室想要弄清楚是否有一种方法可以打破衰老过程与疾病之间的联系，从而使我们能够保持健康更长时间，更好地享受晚年生活。为了实现这一目标，Burkewitz实验室专注于细胞如何组织其内部区室或细胞器，以及细胞器结构如何影响细胞功能，代谢和疾病风险。

在他最近发表在《自然细胞生物学》上的一篇论文中，伯克维茨描述了一种细胞适应衰老过程的新方法：通过主动重塑内质网——细胞中最大、最复杂的细胞器之一。他的研究小组发现，衰老细胞通过一种被称为ER吞噬的过程来重塑它们的ER，这种过程选择性地针对特定的ER子域进行破坏。er吞噬参与衰老的发现突出表明，这一过程可能是治疗与年龄相关的慢性疾病（如神经退行性疾病和各种代谢疾病）的药物靶点。

许多先前的研究已经记录了不同细胞机制的水平如何随着年龄的增长而变化，而我们关注的是衰老如何影响细胞在其复杂的内部结构中容纳和组织这些机制的方式。

范德比尔特大学细胞与发育生物学助理教授Kris Burkewitz说

细胞功能和代谢的效率取决于这些机器的集合如何在细胞内组织和分布。设想细胞内部结构如何影响其功能的一个有用方法是想象一个制造许多复杂产品的工厂。根据Burkewitz的说法，这家工厂需要很多专业的机器，但即使它们都在，工厂也只有在它们被安排在正确的位置和顺序时才能顺利运行。伯克维茨说：“当空间有限或生产需求发生变化时，工厂必须重新安排布局，以生产合适的产品。”如果组织崩溃，生产就会变得非常低效。

细胞中最大和最重要的结构之一是内质网，这是一个由相互连接的片和小管组成的迷宫，它不仅是蛋白质和脂质的主要生产中心，而且是组织细胞其他部分的支架。尽管有这些关键的作用，但科学家们对衰老动物的内质网结构如何变化知之甚少。

我们发现了什么

“我们不只是为衰老之谜增加了一块——我们发现了一整个领域甚至都没有被接触过，”该论文的第一作者、25岁的埃里克·多纳休博士说。多纳休是医学家培训项目的医学生，他最近在伯克维茨实验室完成了博士学位的培训，在那里他专注于ER吞噬、ER重塑和衰老。

Donahue， Burkewitz和他们的团队使用了新的遗传工具和先进的光学和电子显微镜来观察活的秀丽隐杆线虫（一种广泛用于衰老研究的模型）细胞内的内质网是如何形成和组织的。线虫具有独特的特性组合，使它们成为研究衰老的理想模型：它们是透明的，衰老迅速，这一组合使研究人员能够观察完整的衰老动物细胞内发生的事情。

伯克维茨和他的团队发现，随着动物年龄的增长，它们细胞中“粗”内质网的数量急剧减少，而粗内质网与产生更多蛋白质有关；与脂质或脂肪产生更密切相关的管状内质网的数量仅受到轻微影响。这种变化符合更广泛的衰老主题，包括我们维持功能性蛋白质的能力下降，新陈代谢的变化导致我们在新的地方积累脂肪；需要更多的研究来确定这些因果关系。

研究人员还发现，细胞在衰老过程中使用ER吞噬过程来重塑其ER，并且ER吞噬与寿命有关，积极促进健康衰老。

Burkewitz实验室将继续探索内质网的不同结构，以及它们如何在细胞和整个动物尺度上促进不同的代谢输出。由于内质网是组织细胞内所有其他区室的主要控制器之一，因此询问其在衰老过程中的重塑如何影响其他细胞成分的组织将是很重要的。伯克维茨说：“在衰老过程中，ER的变化相对较早发生。这其中最令人兴奋的含义之一是，它可能是后来出现的功能障碍和疾病的触发因素之一。”

如果科学家们能弄清楚到底是什么触发了这种反应，他们或许就能阻止这种反应的发生。