我國科學家發現生物“老而不衰”的秘密

2020年02月27日09:14  來源:人民網-科技頻道
 

人民網北京2月27日電(趙竹青)千百年來,人們不斷探尋長生不老、永葆青春的奧秘。近日,我國科學家的一項研究,揭示了生物體“老而不衰”的秘密。這項工作於27日凌晨在線發表在《自然》雜志上。

這一最新研究綜合運用線虫和小鼠這兩種模式動物以及人類大腦基因表達數據庫,通過全基因組篩選發現新的抗衰老靶標基因,闡明了認知衰老的調控機制,為實現健康衰老提供了新的線索。

該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室蔡時青研究組與中國科學院上海巴斯德研究所江陸斌研究組合作完成。

“長生”不等於“不老”

盡管幾千年來人們一直在追求長生不老,但是現代意義上的有關衰老的科學研究起始時間並不太長。其關鍵起始點是二十世紀三十年代末期,科學家發現限制飲食可以延長小鼠和大鼠的壽命,說明衰老是一個可塑的過程。二十世紀九十年代,隨著分子生物學的發展,衰老研究進入基因時代,基因和衰老現象之間建立起了因果關系。迄今為止,科學家已經發現了上百個長壽基因,人們對於壽命的調控機制有了一定的認識。

最近的一些研究結果表明,“延長壽命”和“延緩衰老”可由不同機制調控。相比在風燭殘年中維持體弱多病的生命,人們更希望老年時期的生活質量得到改善,實現老而不衰。因此,尋找有效途徑來延緩衰老過程中的行為能力和認知功能退化,已成為抗衰老研究領域的重點和難點。

論文主要完成人蔡時青研究員告訴記者,從第一次發現壽命是由基因決定的,到如今已過去20多年,研究人員已經找到許多能夠影響壽命的基因和遺傳通路,但是最近幾年人們開始發現壽命的延長並不意味著衰老時行為能力、健康狀況的改善,對於衰老過程中行為退化的機制到底是什麼,人們研究的還很少。

“因此,在衰老過程中行為退化的機制到底是什麼,如何改善衰老后的行為能力和健康狀態並最終減少老年性疾病的發病,都是我們想要研究的問題。”蔡時青說。

首次發現兩個關鍵基因

蔡時青實驗室早期的工作已經發現,線虫中催化多巴胺合成的一個酶—多巴脫羧酶在衰老過程中表達量下降,導致多巴胺水平降低及相關的一些行為功能的退化。

以此為線索,研究人員用熒光蛋白標記多巴脫羧酶,來篩選相關基因,最后找到59個候選基因。其中有10個已經被報道與退行性疾病或者細胞老化有關,而其余49個則是首次發現可影響衰老過程。

然后,通過構建這些候選基因的相互作用網絡,他們發現有兩個基因baz-2set-6位於網絡中的關鍵節點,且主要表達在神經系統中。

隨后,研究人員用模式生物線虫做了實驗。對線虫的行為研究發現,缺失baz-2set-6基因的突變線虫的進食能力等各項行為能力,隨衰老退化的速度相比野生型線虫要慢得多,同時它們還延長了壽命。

這些基因是如何工作的?

那麼這兩個抗衰老靶基因是怎麼調節衰老的呢?研究人員採用多種高通量測序方法綜合分析,發現BAZ-2和SET-6通過調控線粒體功能相關基因的表觀遺傳修飾來調節它們的表達。

進一步,研究人員發現BAZ-2的人類同源蛋白BAZ2B表達量隨衰老增加。

為驗証降低BAZ2B功能是否也能抗衰老,研究人員構建了Baz2b基因敲除的小鼠。他們發現,野生小鼠會出現“中年發福”的現象,而Baz2b敲除的小鼠則能夠在衰老過程中保持更加“苗條”的身材。更重要的是,行為檢測的結果表明年老的Baz2b敲除小鼠比野生型小鼠保持了更好的認知能力。這說明BAZ2B在哺乳動物中也同樣調控衰老進程,是新的抗衰老的靶標基因。

通過同樣的方法,他們也驗証了另一組基因set-6和它的人類同源基因EHMT1具有類似的作用機制。降低EHMT1基因的功能可以提高線粒體功能。

或助老年痴呆症藥物研發

“這是一個全新的發現”,《自然》雜志審稿人這樣評價。這些基因的發現,為進一步全面研究衰老過程中行為退化的機制奠定了基礎。

蔡時青解釋道,“我們的研究是第一次以衰老過程中的行為退化為切入點進行全基因組遺傳篩選,找到了許多可能調節衰老過程中行為退化的基因。也是第一次比較全面地從基因層面來理解衰老過程行為退化的機制。”。

“我們發現的兩個能夠加速衰老過程中行為退化的表觀遺傳調控因子,很有可能成為抗衰老的藥物靶點。”蔡時青說,尤其是其中一個基因BAZ2B,不僅可以加速衰老過程中的認知行為退化,還與阿爾茲海默病(即老年痴呆症)進程成正相關,這提示著,這些可以作為抗衰老藥物靶點的基因。

研究人員表示,由於研究篩選到的表觀遺傳調控因子的表達水平與阿爾茲海默病進程成正相關,因此下一步決定在阿爾茲海默病模型小鼠中研究發現的表觀遺傳調控因子是否能夠影響疾病中的智力衰退行為,並探尋其機制。同時,他們也將嘗試以發現的表觀遺傳調控因子為靶點,去篩選能夠調節衰老或者疾病過程中行為退化的小分子藥物。

(責編:趙竹青、呂騫)