衰老领域重要研究成果解读!

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时至岁末,转眼间2020年已经接近尾声,迎接我们的将是崭新的2021年,在即将过去的2020年里,科学家们在机体衰老研究领域获得了多项重要研究成果,本文中,小编就对本年度科学家们在该研究领域取得的重磅级研究成果进行整理,分享给大家!

图片来源:wondergressive.com

【1】Science:抑制特殊分子或有望逆转肌肉衰老

doi:10.1126/science.abc8059

骨骼肌占人体质量的40%。随着年龄的增长,骨骼肌会发生结构和功能变化,50岁之后人体每十年平均会损失15-30%的肌肉质量,肌肉强度也会急剧下降。这种弥漫性肌肉萎缩和力量丧失的肌肉减少症不仅降低了老年人的生活质量,也产生了沉重的医疗负担。然而目前仍尚无延缓或逆转肌肉减少症的治疗靶点和批准的有效疗法。近日,来自美国斯坦福大学的研究人员在Science上刊文其发现,将一种15-PGDH蛋白质的活性降低一个月,即可以恢复衰老肌肉的质量和力量。相反的是,在年轻小鼠中增加这种蛋白质的表达则会导致其肌肉萎缩。

衰老过程中,骨骼肌功能的丧失主要是由于细胞与细胞间的相互作用及与炎症,蛋白质更新和线粒体功能有关的细胞信号通路异常引起的。前期研究中,研究人员发现有一种叫做前列腺素E2(PGE2)的分子可以激活肌肉干细胞(MuSCs),对受损肌肉纤维的修复和再生至关重要。其猜测,PGE2可能也会作用于成熟的肌肉肌纤维,起到维持肌肉组织动态平衡的作用。

【2】Aging:高压氧治疗或能在细胞水平上有效逆转机体的衰老过程

doi:10.18632/aging.202188

近日,一篇刊登在国际杂志Aging上的研究报告中,来自以色列特拉维夫大学等机构的科学家们通过研究表示,对健康的老龄化成年人进行高压氧治疗(HBOT,hyperbaric oxygen treatments)或能阻断其机体血细胞的衰老并逆转机体的老化过程,从生物学意义上来讲,随着治疗的进行,成年人机体的血细胞实际上会变得更加年轻。

研究者发现,在压力仓中利用高压氧进行的特殊治疗或能逆转与机体衰老和疾病发生相关的两种主要的机体生理学过程,即端粒(每个染色体末端的而保护性区域)的缩短和机体中老化和功能失常细胞的积累,通过重点关注来自患者血液中含有DNA的免疫细胞,研究者发现,细胞中染色体的端粒延长了38%,衰老细胞的积累降低了37%。Efrati教授解释道,很多年以来,我们的研究团队一直从事高压研究和其疗法的开发,其研究基础是在压力舱中暴露于不同浓度的高压氧,这些年来我们的研究成果涵盖改善了患者因年龄、中风或大脑损伤所致的大脑功能下降。

【3】Nat Immunol:科学家揭示了一种新型的遗传特质 或能保护人类机体免疫系统免于衰老

doi:10.1038/s41590-020-00811-2

近日,一篇发表在国际杂志Nature Immunology上的研究报告中,来自波恩大学等机构的科学家们通过研究发现,一种在胚胎心脏发育过程中扮演关键角色的遗传特质(遗传倾向)似乎在人类免疫系统功能发挥上也扮演着关键角色,当基因不足够活跃时,机体的免疫防御系统就会发生特性改变,从而导致其失去作用,医生们经常提及的免疫系统的老化,也能在老年人群机体中观察到类似的效应,从中期来看,本文研究结果或有望帮助减少人群中与年龄相关疾病的发生倾向。

研究者表示,CRELD1基因对于科学家们而言一直是一个谜,其在胚胎心脏的发育过程中扮演着重要角色,然而CRELD1在出生后的机体中仍然处于活跃状态,有研究表明,其在机体几乎所有细胞中都会有规律地产生,然而此前研究人员对于该基因的功能知之甚少。这项研究中,研究人员利用新方法回答了这一问题,如今对人类参与者进行的科学研究通常会使用所谓的转录组学分析技术,基于这些方法,研究人员就能确定在各自测试的对象中哪些基因处于活跃状态。

【4】Nature:谷氨酰胺防止肌肉受伤和衰老

doi:10.1038/s41586-020-2857-9

近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自VIB-KU鲁汶癌症生物学中心的研究人员通过研究揭示了炎症细胞和肌肉干细胞之间的新的代谢对话。研究人员表明,用GLUD1的抑制剂加强这种代谢串扰可促进谷氨酰胺的释放,并在创伤,局部缺血和衰老等肌肉变性实验模型中改善肌肉再生和身体机能。除了具有转化潜力外,这项工作还在包括肌肉生物学,免疫代谢和干细胞生物学在内的多个研究领域中提供了重要的进展。

骨骼肌有助于我们的身体移动,但它也是大量以蛋白质形式存储的氨基酸储备,它会影响整个人体的能量和蛋白质代谢。氨基酸谷氨酰胺的作用因其丰富而被认为对肌肉代谢至关重要。然而,其在创伤后或在慢性肌肉退行性疾病期间的确切作用在很大程度上被忽略了。研究小组观察到,在受损或衰老过程中,肌肉中谷氨酰胺的正常水平由于死去的肌肉组织而降低。研究人员确定了损伤后到达的炎症细胞与驻留的肌肉干细胞之间的代谢对话。这种细胞串扰可重新建立肌肉中谷氨酰胺的原始水平,并在此过程中促使肌肉纤维再生。

【5】Nature:揭示一种新的阻止细胞过早衰老机制

doi:10.1038/s41586-020-2815-6

众所周知,积聚在染色体末端的分子在防止DNA受损方面发挥着关键作用。如今,在一项新的研究中,来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员揭示了这些分子如何靶向到染色体的特定部分上—这一发现可能有助于更好地理解衰老和癌症中调节细胞存活的过程,相关研究结果近期发表在Nature期刊上。就像鞋带两端的金属饰物能防止鞋带末端磨损一样,称为端粒的DNA片段在染色体末端形成保护帽。但随着细胞发生分裂,端粒变得越来越短,这使得保护帽的作用降低。一旦端粒变得太短,细胞就会停止分裂。端粒缩短和功能失常与细胞老化和包括癌症在内的年龄相关疾病有关。

科学家们已经知道,一种称为TERRA的RNA分子有助于调节端粒的长度和功能。2007年,洛桑联邦理工学院Joachim Lingner教授研究团队中的博士后研究员Claus Azzalin发现了TERRA,TERRA属于非编码RNA(ncRNA),ncRNA不会表达蛋白,但是作为染色体的结构成分发挥作用。TERRA积累在染色体末端,发出端粒应当被伸长或修复的信号。

图片来源:University of Basel, Biozentrum

【6】Nat Commun:雷帕霉素新用途!或能抑制机体衰老相关的肌萎缩并抑制肌少症发生

doi:10.1038/s41467-020-18140-1

随着人类预期寿命的延长,与年龄有关的疾病的发病率也在不断增加,包括肌少症(sarcopenia),其是一种因机体老化所导致的肌肉减少症;近日,一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中,来自巴塞尔大学等机构的科学家们通过研究发现,一种常见的药物—雷帕霉素或能减缓年龄相关的肌无力的进展。

即使在人类精力旺盛的高峰时期,机体的肌肉也会开始萎缩并会变得不那么强壮,很不幸的是,这是机体衰老的自然过程,对于一些人群而言,肌肉质量和功能的下降是过度的,肌少症会影响每两名或三名80岁以上的个体,并降低其机体行动能力、自主性和生活质量。引发肌少症的原因很多,包括从肌肉代谢改变到支持肌肉功能的神经改变等,这项研究中,研究人员发现,mTORC1或许有助于促进肌少症的发生,而著名的药物雷帕霉素则会抑制并减缓年龄相关的机体肌肉萎缩。

【7】Sci Adv:新疗法可扭转衰老

doi:10.1126/sciadv.aaw7824

在最近一项研究中,来自KAIST的研究人员能够通过改变fo线虫虫细胞中的蛋白质活性来增加或降低生物的寿命,这为开发长寿药物提供了有趣的可能性。这些新发现近期发表在Science Advance杂志上。

VRK-1和AMPK在线虫细胞中串联工作,前者通过激活后者,并且附着由磷和四个氧原子组成的磷酸盐分子来起作用。反过来,当细胞能量不足时,AMPK的作用是监视细胞中的能量水平。本质上,VRK-1调节AMPK,而AMPK调节细胞能量状态。利用一系列不同的生物学研究工具,包括向线虫中引入外源基因,由KAIST生物科学系的Seung-Jae V. Lee教授领导的一组研究人员能够提高和降低该基因的活性。

研究的主要作者Sangsoon Park和他的同事证实,VRK-1蛋白的过表达或产量增加可延长线虫的寿命,并且通过抑制VRK-1的活性缩短使用寿命。研究小组发现,在低细胞能量状态下,线粒体呼吸减少,进而增加VRK-1至AMPK细胞能量监测过程的活性。

【8】Science:科学家发现机体衰老的两种途径 并为有效促进机体长寿提供了新见解

doi:10.1126/science.aax9552

日前,一项刊登在国际杂志Science上题为“A programmable fate decision landscape underlies single-cell aging in yeast”的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究解开了机体衰老之谜背后的关键机制,文章中,研究人员发现了在衰老过程细胞游历的两种不同路径,同时设计出了一种新方法来对这些过程进行遗传编程从而延长机体的寿命。

我们人类的寿命是由机体细胞的衰老所决定的,为了理解是否不同的细胞是否会以相同的速度和相同的原因老化,研究人员对酿酒酵母的老化进行了研究,酿酒酵母是一种用于研究衰老(包括皮肤和干细胞的衰老途径)机制的可操控的模型。研究者发现,携带相同遗传物质并处于相同环境中中的细胞会以截然不同的方式来衰老,而其命运也会通过不同的分子和细胞轨迹进行展开,利用微流体、计算机模型和其它技术进行研究后,研究者发现,大约一半的细胞会随着细胞核核仁的稳定性下降而衰老,核仁是细胞核DNA的一个特殊区域,在其中会合成产生蛋白质工厂的关键组分,相比之下,另外一半的细胞老化则是由于线粒体的功能障碍所致。

【9】Science:运动使肝脏产生抗衰老蛋白质!运动的个体的血液可让大脑更年轻!

doi:10.1126/science.aaw2622

众所周知,锻炼可以使思维更敏锐:锻炼身体的人和老鼠在认知测试中表现更好,经常锻炼的老年人患痴呆症的风险更低。现在,在一项惊人的发现中,研究人员报告说,经常锻炼的老鼠的血液可以使久坐不动的老鼠的大脑活跃起来,相关研究成果近日发表在Science上。这种作用可以追溯到血液中的一种特殊的肝蛋白,它可以为那些很少离开椅子或床的年老或虚弱的人提供一种药物,这种药物可以使大脑从运动中受益。”你的大脑会仅仅是因为你的血液中的某些东西而认为你锻炼了吗?

这项研究源于Villeda的实验室和其他实验室的一些研究,这些研究表明,年轻老鼠的血液可以使年老老鼠的大脑和肌肉恢复活力。一些研究小组声称已经找到了能够解释这种”年轻血液”益处的特殊蛋白质。Villeda小组的研究生Alana Horowitz和博士后Xuelai Fan想知道运动–不仅仅是年轻的身体–是否也能通过血液带来类似的好处。

【10】Cell Stem Cell:揭示成体干细胞稳态和衰老昼夜节律调节的机制

doi:10.1016/j.stem.2020.05.002

近日,一项刊登在国际杂志Cell Stem Cell上题为“Circadian Regulation of Adult Stem Cell Homeostasis and Aging”的研究报告中,来自西班牙巴塞罗那科技学院的科学家们通过研究揭示了成体干细胞稳态和衰老的昼夜节律调节机制;昼夜节律钟(circadian clock,生物钟)会在时间上组织机体全天的细胞生理学活动,从而使得每天的环境变化能得以预测,同时还能将潜在的有害生理过程暂时分离;通过在组织水平上同步所有细胞,昼夜节律钟就能够确保连贯的时间有机体生理学特性,通过最近研究人员对成体干细胞生理学特征的研究表明,衰老和干细胞昼夜节律钟的扰动是紧密交织在一起的。

这篇综述文章中,研究人员揭示了昼夜节律钟调节成体干细胞功能的机制,以及在老化过程中昼夜节律钟的改变如何调节决定成体干细胞稳态的内在和外在机制。文章中,研究人员从“成体干细胞的昼夜节律和生境”、“成体干细胞生境中的昼夜节律系统线索”、“成体干细胞的衰老和昼夜节律钟”、“老化的系统性昼夜节律网络”、“昼夜节律钟的干扰和成体干细胞的老化”等方面进行了论述。

图片来源:Nature

【11】Nature:重大突破!科学家有望利用CAR-T细胞治疗衰老!

doi:10.1038/s41586-020-2403-9

衰老是细胞老化的一个标志,并导致许多疾病。一种使免疫细胞靶向衰老细胞的新方法可能提供更好的治疗选择。衰老是细胞应激反应的一种形式。在某些情况下,它可能是有害的,人们正在努力开发针对衰老细胞的疗法。在ature杂志上,Amor等人描述了一种选择性去除小鼠衰老细胞的方法。进入衰老会使细胞周期稳定停止,防止衰老、受损或癌前细胞分裂。衰老细胞分泌一种复杂的鸡尾酒因子,驱动称为衰老相关分泌表型(SASP)的反应。这样可以招募免疫系统中的T细胞和NK细胞,促进衰老细胞的清除。在这些条件下,衰老是暂时的,这对生物体有利。

然而,当衰老细胞逗留时,它们会促进慢性炎症,导致与年龄相关的疾病,如动脉粥样硬化、癌症和纤维化(一种组织瘢痕)。因此,消除衰老细胞已成为一种有前途的治疗策略。在小鼠体内的研究中,消除衰老细胞可以改善许多疾病的结果,并延长寿命。一种针对衰老细胞的可能方法是使用选择性杀死它们的药物,称为senolytic药物。Amor和他的同事们采用了不同的方法,他们受到免疫细胞在正常情况下参与消除衰老细胞的启发。

【12】Science:大脑成像揭示衰老的奥秘

doi:10.1126/science.aba3163

在最近一项研究中,科学家们首次拍摄得到了不同年龄小鼠的大脑整体彩色图片,这对于理解个体行为迈出了重要的一步,相关研究结果发表在Science杂志上,对于揭示学习障碍和痴呆症的发生机制,以及记忆如何受到年龄的影响十分关键。突触是大脑细胞之间传递电和化学信息的重要连接。突触损伤与130多种脑部疾病有关。在这项研究中,爱丁堡大学的研究人员对不同类型的分子进行了颜色编码,以突出从出生到老年的不同年龄段小鼠大脑中突触的范围。

他们发现,在大脑的不同部位,突触的数量和分子组成随年龄而变化。这发生在三个主要阶段,即儿童,中年和老年阶段。突触的类型随着年龄的变化而变化,这是大脑区域特有的模式,并在中年发展成各种各样的形式。来自中年大脑的图像成色复杂,说明突触的多样性此时较高。相比之下,年幼和年老小鼠大脑都显示较少的突触和较少的复杂性。

【13】Science:科学家揭示衰老新机制 免疫细胞缺陷或会导致衰老

doi:10.1126/science.aax0860

T细胞本应保护我们免受病原体的侵害,但一项新的小鼠研究表明,它们也可能加速衰老。阻断由细胞引起的炎症或增加关键代谢分子的供应,可以减轻啮齿动物衰老相关症状的严重程度,增加了这些治疗可能对老年人有益的可能性,相关研究成果于近日发表在Science杂志上。研究者表示,这一发现是一个神奇的结果,它直接将新陈代谢、炎症和衰老联系起来。他们做了一项非常彻底的工作,以确保是T细胞导致老鼠迅速衰老。

随着年龄的增长,我们的T细胞会让我们失望,成为更弱的病原体斗士。这种下降有助于解释为什么老年人更容易受到感染,而对疫苗的反应较差。随着年龄的增长,T细胞会出现衰退,原因之一是细胞内作为动力装置的线粒体开始失灵。但是T细胞可能不仅仅反映了衰老。他们也可以促进衰老。老年人全身都有慢性炎症,研究人员认为它会刺激衰老。T细胞可能会加速这一过程,因为它们会释放出刺激炎症的分子。

【14】Nature:新研究揭示抗衰老靶点

doi:10.1038/s41586-020-2037-y

根据发表在Nature杂志上的一项研究,两个保守的表观遗传调控因子可能是新型的抗衰老靶标。这项研究由中国科学院神经科学研究所脑科学与智能技术卓越中心蔡时青博士以及中国科学院上海巴斯德研究所江陆斌博士合作完成。通过使用多种方法和系统,作者确定了保守的衰老负向调节因子,从而为如何实现健康衰老提供了新的见解。

衰老往往–伴随着生理功能的逐渐下降,并且是许多慢性疾病(例如阿尔茨海默氏病,癌症和糖尿病)的主要危险因素。在过去的几十年中,人们对长寿调节机制的认识有了长足的进步。然而,尽管预期寿命在全球范围内有所增加,但寿命的延长往往并不伴随着健康生活的延长。因此,如何实现健康的衰老(即健康期的延长)是当今最重要且最具挑战性的健康问题之一。研究者表示,增加神经递质可以改善老年动物的行为表现。他们还表明,神经递质水平的变化可能导致个体中与年龄相关的衰老率有所不同。

【15】Nat Med:慢性炎症如何导致过早衰老?

doi:10.1038/s41591-019-0675-0

近日,意大利博洛尼亚大学教授Claudio Franceschi博士等人的一项新研究揭示了慢性炎症发生的潜在机制。在其发表于Nature Medicine杂志上的文章中,作者指出,包括感染,身体活动缺乏,饮食,环境因素,工业有毒物质和心理压力等在内有助于疾病的发生风险增高。研究人员多年研究得出了“炎症衰老”的理论,根据该理论,衰老是一种全身性炎症过程,并引发与年龄有关的各类疾病:阿尔茨海默氏病,动脉粥样硬化,心血管疾病,II型糖尿病和癌症等。

“如今,慢性炎性疾病已成为导致死亡的首要原因。有足够的证据表明,人的一生中时时刻刻伴随着慢性炎症的存在,并且增加了死亡的风险。“免疫衰老”概念的出现,使研究人员能够准确表人体的免疫功能,比仅仅依靠年龄来更准确地预测死亡。除了众所周知的炎症生物标记物(例如C反应蛋白,IL-1和IL-6,TNFa)外,科学家们还指出,有必要研究免疫系统的其他生物标记物,尤其是T和B淋巴细胞,单核细胞等亚群。

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