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长寿的代谢特征:代谢组学研究的启示

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长寿的代谢特征:代谢组学研究的启示

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长生不老是人类自古以来的夙愿。

中国古代神话故事中,有菩提老祖的大品天仙诀,王母娘娘盛会上的蟠桃,太上老祖炼丹炉里的不老丹,还有妖怪们梦寐以求的唐僧肉都可以实现长生不老。在史学瀚海中,《史记》记载秦始皇东巡碣石,携童男童女入海求仙,寻求长生不老药;在现代科学中,衰老仍然是生物医学领域热门主题之一。科学研究显示通过饮食(卡路里限制,蛋氨酸限制,色氨酸限制)、基因(IGF-1FOXO, SIRT1)、药理(雷帕霉素,二甲双胍,白藜芦醇)、运动等干预可以不同程度的延长寿命。大部分研究都集中于一个模式生物,比如线虫,果蝇,小鼠等。

人类和其他动物都来源同一个祖先,随着自然的选择和进化,组成丰富的动物世界,同体型相比较,蝙蝠和灵长类动物更长寿,然而啮齿动物裸鼹鼠具有比同类长达十倍的寿命(1)。哪些物质/代谢成分为长寿动物所特有特殊物质/功能代谢分子是否能够调控长寿解答了这些科学家问题,可能也为秦始皇东临碣石寻求的东西找到了答案! 发表于《Cell Metabolism》的一篇文章 “Organization of the Mammalian Metabolomeaccording to Organ Function, Lineage Specialization, and Longevity” 为回答上述问题提供了一些启示。

研究人员利用代谢组学中的常用方法之一靶向定量分析26种哺乳动物大脑、心脏、肾脏、心脏中的262种代谢物,并分析器官特异性、血统特异性和长寿相关性的代谢物。器官特异性的代谢产物主要和器官功能相关,比如大脑中大量的磷脂和一些鞘磷脂,两者都是细胞膜的主要成分。

按照分类学的目将生物归类分析血统特异性,主要反应出已知的生理机能,比如作为长寿生物的蝙蝠,肾脏和肝脏中蛋氨酸(methionine)的氧化产物蛋氨酸亚砜(methionine sulfoxide)含量最低(2),这与蝙蝠中低氧化应激相一致;还有另一长寿生物裸鼹鼠,尿酸盐的氧化产物尿囊素(allantoin)在四大器官中普遍偏低(3),尿囊素也是氧化应激的指标分子。

研究人员发现,长寿相关性脂质主要有大脑中的鞘磷脂及心脏中的单不饱和三酰基甘油(monounsaturated triacylglycerol),这两种物质都表现和寿命的正相关性;而肾脏中的多不饱和三酰基甘油(polyunsaturated triacylglycerol)则表现和寿命的负相关性(4);除了某类脂质,还有一些特定的代谢分子表现出和寿命强相关性,比如肾脏中甘油三酯(TAGC56:4,肝脏中色氨酸的降解率与寿命呈负相关,而肾脏中尿酸盐:尿囊素比率与寿命呈现很强正相关性(5)。     最后,研究人员利用5种长寿小鼠模型的大脑和肝脏,代谢组分析找到和26种哺乳动物相同的长寿特征:鞘磷脂相对含量高,多不饱和三酰基甘油相对含量低。

此项研究暗示了长寿的代谢特征,为我们研究长寿的代谢调控机制提供了新思路。但还需要指出的是,现在组学技术已经可以比较轻松地定量分析1000种以上的代谢物,而本文研究中利用代谢组靶向仅定量分析262种代谢产物,得到的结果并不完整。期待前沿代谢组学方法在衰老与长寿相关的研究中继续发挥发挥关键作用!

本文来自税光厚科学网博客。
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