為什么百歲老人能活到“百歲”?
當然不是“因為他活到了百歲”這種車轱轆話,雖然有“幸存者偏差”的角度——他們幸運地避開了很多J病和意外。但更讓科學家著迷的是,許多百歲老人不僅長壽,而且在生命的最后階段依然保持著健全的生理功能。
而就在近期,科學家們在《Science》子刊上的一項研究,解開了百歲老人的抗衰秘密:給小鼠T 細胞加上“百歲老人同款”的Bcl-xL基因,能讓它們在衰老過程中保持更健康、更低Y癥的狀態。進而維持身體機能不掉線,肌肉抗衰老,衰弱發生也減少!
在開始之前,派派還得和大家小預告一波:在今年9月即將開幕的時光派第六屆衰老干預論壇上,本文作者之一,美國國家科學院院士—Ana Maria Cuervo教授也將蒞臨現場,屆時,我們或將有機會聆聽她對Bcl-xL的最新獨到見解!
Bcl-xL如何武裝T細胞?
早在2016年的一項研究發現[2],百歲老人的血液基因表達圖譜(轉錄組),比起普通老年人,反而更接近年輕人的狀態。尤其是Bcl-xL基因,更是在其免疫T細胞中過度表達(有些地區甚至高于年輕人)。
圖注:兩個不同地區(左、中)百歲老人的BCL-xL基因表達量
Bcl-xL在身體的主要任務,就是調節線粒體外膜的完整性,防止細胞色素c釋放引發細胞凋亡 ,而百歲老人的Bcl-xL更接近年輕人……這就讓人有些浮想聯翩了,Bcl-xL在健康長壽中扮演了什么樣的角色?
要搞清楚上面這個問題,首要步驟肯定是先看看過表達 Bcl-xL的 T 細胞,本身實力行不行?結果發現:改造后的T細胞,在面對內在凋亡信號或外在應激(地塞米松處理、去除血清)時,展現出了更低的凋亡率。
圖注:過表達 Bcl-xL 的T細胞凋亡率更低
優秀的代謝水平
不僅生存能力強,改造后的T細胞還展現了更高效的代謝水平。跟對照組相比,它們有著更低的質子滲漏、基礎呼吸、非線粒體氧消耗(nMOC,跟活性氧產生有關)和脂質過氧化水平,表明它們的線粒體利用資源的效率更高,細胞維持基本功能所需的氧氣更少。
圖注:過表達 Bcl-xL 的T細胞代謝水平更優秀
更強的自噬能力
自噬對于清除受損的蛋白質和細胞器、維持細胞穩態至關重要,過表達的Bcl-xL能增強T細胞在營養缺乏情況下的自噬能力,幫助T細胞適應惡劣環境。即便是老年的營養缺乏情況,改造后的T細胞依然能保持不錯的自噬反應。
圖注:LC3-II 是自噬體形成的一個關鍵標記物,其水平的升高通常與自噬活性的增強有關
更不容易產生促Y因子
與對照組相比,改造后的T細胞,尤其是在老年階段,促Y細胞因子(如IL-1β和TNFα)水平比正常T細胞低了一大截,展現出它們更低的促Y傾向,有助于減少與衰老相關的慢性低度Y癥(Y癥衰老)。
圖注:過表達T細胞更不容易產生促Y因子
以上,Bcl-xL賦予了T細胞更強的韌性和更穩定的狀態,打造出一支更年輕、更穩定、低Y癥的免疫力量,但這支升級后的“精銳部隊”,要如何守護我們日益衰老的肌肉?
守護肌肉,告別老態龍鐘
讓我們把視角轉到過表達Bcl-xL的小鼠,與野生型小鼠不同,過表達Bcl-xL的小鼠的調節性T細胞Treg(抗Y和免疫抑制功能)有一個特別的行為模式:并不隨著衰老在脾臟中積累,而是更多地通過血液循環并浸潤到骨骼肌中。
圖注:FOXB3為Treg細胞的一個重要標記物
這樣做的好處顯而易見:Treg細胞減少了肌肉組織中IFN-γ(促Y細胞因子)的產生,建立了一個穩定的低Y癥的環境,而且在非常老的年齡階段(>24個月),IFN-γ水平還明顯低于對照組。
而這種低Y癥環境反過來保護了肌肉細胞的“能量工廠”——線粒體,與對照小鼠相比,過表達Bcl-xL的小鼠的肌肉線粒體外膜更連續,嵴密度也更高,在衰老過程中保持了更完整的結構。
更完整的結構,使得線粒體的氧化磷酸化能力和電子傳遞鏈均得到加強,呼吸效率更高,而且連老年階段肌肉組織中的氧化損傷(脂質過氧化、蛋白質羰基化水平)也出現降低。
圖注:成年和老年過表達 Bcl-xL 的小鼠的肌肉線粒體在不同呼吸狀態下的氧氣消耗率(OCR)更高
綜上,模擬百歲老人 T 細胞的高 Bcl-xL 狀態,確實證明了其能有效抗衰,提升健康壽命。不過話又說回來……這種在細胞和分子水平上的顯著改善——更健康的免疫環境、更強大的肌肉線粒體——能否變現為實在的抗衰成果,讓我們在晚年活得更健康、更有質量?
先來看看對比明顯的肌肉,扒開(bushi)……通過形態學分析看了看,發現轉基因Bcl-xL小鼠,就算老了,肌肉纖維也明顯更壯實(橫截面積更大),里面的總蛋白含量也更多,表明它們的肌肉質量更好。
肌肉優秀,握力、協調性也不在話下:轉基因小鼠在中老年階段的握力、運動協調性的損失較輕。雖然耐力會隨著衰老出現“拉胯”,但里面關鍵的區別在于“衰弱”,轉基因小鼠的衰弱發生率和衰弱程度更低,其非衰弱個體比例幾乎是對照組的兩倍,整體衰弱評分更優秀。
過表達Bcl-xL的T細胞還能幫助小鼠維持更好的身材,少長肥肉。對比體重、脂肪和瘦體重的變化曲線,結果一目了然:普通小鼠會隨著衰老,脂肪蹭蹭上漲,而轉基因小鼠就算老了,脂肪的囤積也少得多,身材保持得相當精干!
同樣優化的還有老年小鼠的糖代謝。葡萄糖耐量測試表明,老年對照鼠在恢復期(就是血糖從峰值降回正常水平的過程)的血糖值依然偏高,相比之下,轉基因小鼠的血糖水平就低很多,表現更優秀。
所以講到這兒,百歲老人的長壽秘訣之一差不多也已經清楚了:提高T細胞中Bcl-xL水平,改善其功能,保持低Y癥的微環境,保護肌肉細胞內的線粒體健康,從而延緩肌肉衰老,促進了更健康的衰老過程。
天使還是魔鬼?
關鍵看“身份”和“場合”!
“等等……Bcl-xL?我怎么記得它在抗衰老中的風評不太好?”沒錯,你的感覺是對的!Bcl-xL在衰老研究中的身份是相當復雜。
有很多研究表明,隨著衰老,組織中會堆積一些停止分裂但又不死亡的“僵尸細胞”。而Bcl-xL的抗凋亡特性[3],恰恰是幫助這些“僵尸細胞”茍延殘喘的關鍵。
圖注:Bcl-XL通過與Bax競爭結合位點,維持Bax在膜周圍狀態,抑制其激活,從而阻止膜通透性變化和凋亡
這些“僵尸細胞”會持續釋放有害物質,引發身體的慢性Y癥與組織損傷,從而促進衰老。這也是為什么很多旨在清除衰老細胞的Senolytics藥物,要把抑制Bcl-xL作為目標之一[4]。
那問題來了,為啥在這項研究里,Bcl-xL又成了“香餑餑”?
關鍵得看“用在誰身上”和“什么背景下”:本研究是特異性地在免疫T細胞中提高Bcl-xL。旨在提升免疫系統的韌性和穩態,維持健康T細胞的存活和功能,對于抵抗感染、控制Y癥可是頭等大事。
并且,它模擬的是百歲健康老人的特征,這是一種經過自然選擇、有利于健康長壽的模式,而非病理性衰老細胞中的積累,這和幫助衰老細胞存活,完全不是一個路數,關鍵在于Bcl-xL是在哪種細胞、以何種方式發揮作用。
所以Bcl-xL的好壞還得分情況。在不同的細胞、不同的生理狀態下,作用效果可能天差地別。本研究讓我們看到了它在維持免疫健康和促進長壽方面的閃光點,但它幫“僵尸細胞”茍活這事……也沒法否認,未來的研究和應用,可能還得非常精準謹慎才行。
時光派點評
總而言之,Bcl-xL的故事再次印證了衰老研究的復雜性和迷人之處。這種由“身份”和“場合”決定作用的復雜性,恰恰是當前衰老干預研究需要攻克的關鍵點。
如何精準地利用Bcl-xL的有益面,同時規避其潛在風險?還需要更深的理解與更前沿的智慧。不過,給大家帶來一則好消息!本研究的作者之一,國際著名的衰老研究權威 Ana Maria Cuervo 教授,已確認將出席今年9月由時光派主辦的“第六屆衰老干預論壇”!
作為細胞自噬、蛋白質穩態和衰老機制領域的頂尖專家,我們也有理由期待,Cuervo教授或許會在論壇上分享她對 Bcl-xL 這類在衰老中扮演復雜角色的分子機制的看法,為我們理解健康長壽的奧秘帶來寶貴的啟發。
—— TIMEPIE ——
號外!時光派第六屆衰老干預論壇火熱籌備中!集結哈佛、劍橋、北大、巴克研究所等40+學者與行業領袖,于9月20日-21日空降上海,衰老干預特別課程:洞悉長壽行業,搭建合作平臺丨生物極客閉門會議:聚焦抗衰實踐可復制性丨抗衰科技博覽會:五大方案,產學深度交融。千人”長壽盛會“,期待有你同行。
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