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中科院团队发现衰老调控基因「ATF7」,可通过延缓细胞衰老并降低炎症水平促进长寿
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2023.01.05 甘肃

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如今,人口老龄化程度不断加剧,衰老和衰老相关疾病成为国内乃至全球所面临的重大问题,如何在衰老的同时保持健康的身体状态成为科学界亟待解决的重要挑战。

作为一种持续存在、非特异性的全身轻微炎症状态,慢性低度炎症(CLGI)是衰老的主要特征之一,这种炎症在很大程度上导致了衰老相关疾病的发生和发展,比如神经退行性疾病、心血管疾病、代谢综合征以及癌症等。而先前有研究发现很多长寿的老人能够延缓甚至规避一些衰老相关的重大疾病,那么这种生存优势是否与其体内的炎症状态存在关联?

近日,由中国科学院昆明动物研究所与中南大学湘雅医院组成的联合研究团队,基于大量健康长寿老人发现一个新的健康衰老调控基因 ATF7,其能够通过延缓细胞衰老并降低体内炎症水平来促进健康长寿。目前,这项研究成果已经以“Longevity-Associated Transcription Factor ATF7 Promotes Healthspan by Suppressing Cellular Senescence and Systematic Inflammation”(长寿相关转录因子 ATF7 通过抑制细胞衰老和系统炎症促进健康寿命)为题发表在 Aging and Disease 上。

(来源:Aging and Disease)

ATF7 基因的缺失可以诱导细胞衰老,因此在细胞衰老的过程中 ATF7 基因的表达逐渐减少;相反的,ATF7 基因的过表达能够延缓细胞衰老进程和减少衰老相关分泌表型(SASP)分泌。通过对健康长寿人群筛选血液转录组和炎症谱,我们发现长寿老人体内具有相对较低的炎症水平并伴有 ATF7 基因的过表达。”这项研究的牵头人、中国科学院昆明动物研究所研究员孔庆鹏博士在论文中指出。

孔庆鹏本科毕业于兰州大学生命科学学院,随后进入中国科学院昆明动物研究所攻读博士学位,博士毕业后,他在研究所先后担任助理研究员、副研究员和研究员,并于 2009 年起担任分子人类学学科组 PI 至今。现阶段,孔庆鹏课题组的研究方向主要围绕分子人类学,基于遗传标记研究人群的源流历史及环境适应机制,以此为框架探讨人类重大疾病或重要性状产生的遗传学机理。

截至目前,孔庆鹏在 American Journal of Human Genetics、PNAS、Human Molecular Genetics、BMC Biology、Human Genetics 等期刊发表论文及评论 60 余篇,此外他还曾承担国家自然科学基金委优秀青年项目、国家自然科学基金委面上项目等,获得科技部中青年科技创新领军人才计划、中国科学院青年人才奖等。

ATF7 通过延缓细胞衰老和降低炎症水平以促进健康长寿

细胞衰老是细胞在执行生命活动过程中,随着时间的推移,细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程,其与衰老相关疾病密切相关,衰老细胞分泌一系列衰老相关分泌表型(SASP)因子,导致持续的慢性低度全身炎症。

因此,抑制细胞衰老和衰老相关炎症可以延缓衰老并减缓与年龄相关疾病的发展。比如,通过药物选择性消除衰老细胞或抑制 SASP 分泌可以减缓衰老和与年龄相关的疾病,从而延长健康寿命。

SASP

SASP,衰老相关分泌表型,又称衰老信息分泌组,是细胞衰老的关键标志之一。衰老的细胞分泌组中表现出显著变化,从而改变细胞间的通讯水平,进而导致机体慢性低度炎症和相关疾病,并且还可以反作用于衰老细胞及其邻近细胞以加速它们的衰老进程。

尽管人体的衰老是一个不可逆转的过程,但一些长寿人群却表现出延缓衰老的表型,他们大都已经是 90 甚至 100 岁以上的高龄且不会出现严重的年龄相关疾病。因此,以这类健康长寿人群为研究对象,分析他们的炎症调控机制、健康老化分子机制,以及延缓和规避衰老相关疾病的保护机制,有望为老年疾病的早期防治、改善老年群体健康提供新的策略。

孔庆鹏团队先前通过针对大量健康长寿人群的研究,揭示了这些长寿人群体内存在的一系列健康保护机制,比如自噬功能增强、脂代谢功能增强、核糖体功能降低等。

▲图|ATF7 在细胞衰老过程中的作用(来源:Aging and Disease)

在这项研究中,孔庆鹏和团队在海南省的长寿家族中抽取了 135 名女性样本,基于外周血单核细胞转录组测序数据分析炎症因子的总体基因表达变化。他们发现,相较于年轻的对照组,健康长寿群体的多种炎症因子表达水平较低(即显示出较低水平的促炎因子),例如 IL6 和 TNFα。

他们通过进一步分析发现,健康长寿群体的这种低炎症因子表达水平可能是受到了转录调控因子 ATF7(Activating transcription factor 7)的调控。

随后,他们利用多种细胞衰老模型进行功能验证并发现,过表达 ATF7 基因可延缓细胞衰老,而敲降 ATF7 基因可促进细胞衰老。

与此同时,ATF7 基因还可通过抑制 NF-κB 通路、增强组蛋白(H3K9)二甲基化水平抑制衰老相关分泌表型(SASP)的分泌,而 SASP 正是衰老相关炎症的重要原因。

最后,孔庆鹏和团队利用秀丽隐杆线虫作为试验模型进行验证,他们发现,过表达 ATF7 基因能够抑制秀丽隐杆线虫的衰老表型并延长其健康寿命。“我们的发现表明,ATF7 是一种新的长寿促进因子,可以降低长寿个体的细胞衰老和炎症。”孔庆鹏在论文中表示。

▲图|ATF7 的操作影响秀丽隐杆线虫的寿命和存活率(来源:Aging and Disease)

总的来说,他们的这项研究揭示了 ATF7 基因是一个长寿群体中存在的新的健康衰老调控因子,ATF7 基因可以通过延缓细胞衰老和降低炎症水平来促进健康长寿。

Altos Labs 公司研究发现去除衰老的细胞有助于对抗衰老

自出生以后,人会随着岁月的流逝而不断衰老,这似乎是一种无法抗拒的自然规律,与此同时“抗衰老”也成为了一个亘古不变的研究课题。

多年来,随着抗衰老相关研究的不断深入,“预防衰老”越来越被认为是可行的,除了孔庆鹏和团队最近提出的“ATF7 基因通过抑制细胞衰老促进健康长寿”,消除衰老细胞来实现对抗衰老的技术路线也较为热门。

2020 年 10 月,来自全球的多位抗衰老专家在旧金山开展了一场名为 “为衰老科学和表观遗传重编程创造愿景” 的科学会议,他们针对抗衰老议题进行了深入讨论并决定未来将花费大量资金来实现人类 “返老还童” 的梦想,而这个决定促成了一家抗衰老公司 —— Altos Labs

就在不久前,Altos Labs 联合多个国家的研究人员组成的联合研究团队,证明衰老细胞能够引起炎症,并且年轻小鼠体内的衰老细胞也会阻止肌肉再生,而消除衰老细胞则能够有效改善肌肉功能,这项研究为“消除衰老细胞实现抗衰老”的技术路线提供了有力佐证。目前,这项研究已经以“Senescence atlas reveals an aged-like inflamed niche that blunts muscle regeneration”为题发表在 Nature 上。

(来源:Nature)

在这项研究中,他们也同样指出,衰老细胞会导致一系列年龄相关疾病和衰老,虽然衰老细胞仅仅占身体细胞的很少部分,但它们通过衰老相关分泌表型(SASP)的分泌对机体造成伤害。

随后研究团队分析了衰老细胞的存在对小鼠肌肉功能的影响。他们发现,小鼠出现损伤后体内衰老细胞的数量会大幅增加,即在受伤后老年小鼠的一些肌肉细胞开始衰老并营造出“类似于衰老状态”的微环境,该机制在受伤的年轻小鼠中亦是如此。与未受伤的老年小鼠相比,受伤的老年小鼠肌肉功能明显更弱,而他们在给小鼠注射能够杀灭衰老细胞的药物(如达沙替尼、槲皮素)之后,其肌肉力量得到了明显改善,这表明,消除衰老细胞能够改善肌肉功能。

研究团队表示,生物体中的衰老细胞会始终伴随并引发炎症、阻碍组织再生,而消除衰老细胞或减少衰老细胞分泌的炎症因子能够带来对抗衰老的积极效果。

▲图|在整个生命过程中衰老细胞会阻碍肌肉组织再生(来源:Nature)

人们平常所说的衰老,比如皱纹、白发、老年斑等都是一些表面现象,究其根源,衰老其实是从细胞和基因层面开始的。

过去一个多世纪,人类最长寿命已经延长了将近一倍,然而现代医学已经能够在治愈疾病的基础上延长人类寿命,却并没有显著增加“健康寿命”的比例,因此,Altos Labs 公司在成立之初时便宣称其目标旨在延长人们保持健康状态的年数,即增加健康寿命,也可以理解为延缓衰老。

目前,有不少科学家认为,衰老是一种现阶段虽然无法治愈但可以减缓的“疾病”,从这个意义上来说,既然衰老是一种退行性疾病,那么就可以进行针对性治疗,实现病情好转甚至是“康复”。

如上述提到的“ATF7 基因通过抑制细胞衰老促进健康长寿”和“消除衰老细胞实现对抗衰老”的新研究发现,或将为未来衰老和衰老相关疾病的防治提供新策略,而抗衰老也不再是一个遥不可及的梦想。

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