“永生之门”开启?华人学者发现端粒缩短根源,补充NMN可改善
编者按
端粒理论因诺贝尔奖的加持广为传播。其位于染色体两端,像鞋带的塑料帽一样保护着染色体。细胞每复制一次端粒就会短一段,直到消耗殆尽;端粒的长度可以维持约50次左右复制,每次复制周期是2.4年,那么理论上讲人可以活120岁,这就是“海夫利克极限”。
理论上讲,如果可以一直维持端粒长度就通向“永生之门”。NMN维持端粒长度的功效去年就已被学者发现(详见:重磅!NMN有助维持端粒长度,“长生不老”或可实现)。近日NIA的华人科学家发现,端粒缩短的根源在于NAD+降低,补充可改善,“永生之门”似乎又往前推了一把。
每个人出生的时候,身体里都埋藏着一根叫做衰老的炸药。外界不良刺激擦出的火花,会顺着端粒这条导火索,不断的朝着炸药内部延伸。端粒燃尽的瞬间,衰老便会爆发。

说端粒是衰老的导火索,主要因为这种附着在每一个染色体末端的小型结构,会随着细胞的分裂次数不停缩短,通过损耗自己,确保DNA不被侵害。正是基于这种特性,科学界一直将端粒长度,视为衡量衰老进程的黄金标识[1,2]。
目前几乎所有围绕着端粒的抗衰老手段,不是在处心积虑的减缓导火索的燃烧速度,就是在想方设法的延长导火索长度。最近,全球最大抗衰老学术机构NIA(美国衰老研究院)的一位华人科学家,却另辟蹊径,把关注的焦点直接转进了炸药的内部,一举破解了端粒过短与衰老之间的分子关联,并且提出了一种把衰老变为哑炮的“全新”抗衰思路[3]。

这项研究发表在顶级科研期刊《The EMBO Journal》的11月刊上
研究人员首先从天生端粒过短的先天性角化不良症(dyskeratosis congenita)患者体内收集了大量细胞样本后,进行了一系列全面的分析。没想到,端粒过短对细胞造成的最大影响,居然是NAD+水平。

端粒过短对细胞造成的最大影响是NAD+代谢。
这完全就是生物学领域近年来最大的“灯下黑”。NAD+是一种与衰老直接相关的重要代谢物,衰老会加速这种物质的流失,补充NAD+则能反过来延缓衰老[4]。全世界的研究者都知道NAD+和端粒是衰老的重要贡献者,但是从来没有人想到过,这两个贡献者从某种意义上来说其实是一体的。
更有趣的是,短端粒细胞中NMNATs和NAMPT等关键NAD+生物合成酶的活性,并没有发生任何变化,这项结果与普林斯顿大学刚刚公开的一组颠覆性研究数据不谋而合[5],NAD+水平会随着年龄的增长而下降,问题根本不在于合成能力有所衰退,一切都是因为消耗水平出现了大幅提升。

NAD+下降的原因不在于合成。
后续的实验显示,NAD+消耗飙升的源头,不是此前学界所猜测PARPs,也不是大家最熟悉的“长寿蛋白”Sirtuins,而是NAD+三大消耗酶中曝光率最低但功能最广泛的CD38。而且由于这三大消耗酶会竞争性的抢夺有限的NAD+资源,CD38活性的飙升,直接导致了PARPs失去了修复DNA损伤所需要的燃料,Sirtuins也因再无NAD+可用,丧失了自己的延寿功效。

CD38才是NAD+水平骤减的罪魁祸首
这些现象会引发两个层面的严重问题,首先,NAD+水平骤减与Sirtuins活性的下降,会直接引发线粒体功能的异常,在严重扰乱能量代谢的同时,使体内生成大量活性氧(ROS),对DNA等生物大分子造成严重的损伤。
紧接着,PARPs的活性不足使得DNA损伤无法得到修复,加之端粒“TTAGGG”的结构又格外容易成为活性氧的靶子,端粒缩短和DNA损伤速率被进一步的加大,基因组稳定性骤降,整个细胞在极短的时间内便会被逼入衰老状态。


端粒过短导致NAD+不足,进而引发细胞衰老
这种由NAD+不足所催化的衰老爆发,就是当前科学界对端粒与衰老之间关系的最清晰描述了。如果端粒问题的源头在于CD38消耗了过多的NAD+,那么抑制CD38或是补充NAD+,岂不是就能直接停止衰老?
果不其然,研究人员发现不论是利用基因手段还是药物方式,CD38的活性一旦减弱,细胞的衰老状态就会出现明显好转。不过鉴于CD38参与了太多的必要生理过程,长期抑制这种关键酶的活性并不是一种可行的方法,于是研究人员又分别使用NMN和NR在人体细胞和小鼠体内进行了测试。
这两种NAD+前体显著的恢复了端粒过短引发的线粒体问题,而且由线粒体功能得以修复,活性氧的大幅减少,直接延缓了细胞中端粒的缩短速度,而IL-6、IL-8等炎症因子和P16和P21等衰老标识的大幅降低,也又一次印证了NR与NMN能成功的阻止端粒过短细胞的老化。

补充NAD+全面恢复了端粒过短引发的一系列衰老问题
统一,是人类骨子里的一种本能,这点在科学家对理论统一的追求上体现的格外明显。自从2013年Lopez-Otin博士提出了经典的衰老9大标识后,科学家就一直在试图挖掘各个标识之间的潜在关联,幻想着找出9大标识的共同成因。
此次研究提出的全新模型,利用一个简单的NAD+水平,相当优雅的把端粒耗竭、细胞衰老,和线粒体功能障碍全都串了起来。
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