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近年来，随着全球老龄化的加速，世界各国纷纷掀起了一股抗衰老研究的热潮，各种抗衰老药物和疗法也相继被发掘。 近日马克斯普朗克衰老生物学研究所的研究人员，在《自然-衰老》刊登出他们有关雷帕霉素最新研究成果：Long-lasting geroprotection from brief rapamycin treatment in early adulthood by persistently increased intestinal autophagy。该项研究发现果蝇与小鼠在成年前期服用雷帕霉素，与终身长期服用的延寿抗衰效果相同，对于寿命的延长效果相似。
研究人员首先对果蝇服用雷帕霉素最佳时间段开展考察，结果发现在成年开始的第1~30天时间段服用时（以交配完成的当天作为成年第1天，以下简称短期组），果蝇的寿命延长效果均高于其他时间段，而且与终身长期服用（从交配完成到死亡为止，以下简称长期组）的寿命延长效果相当。
图1. 雷帕霉素不同给药时间段对于果蝇寿命的影响 果蝇短期组雷帕霉素的摄入时间段约为长期组的1/3，但是二者效果却相当，这是为何呢？ 研究人员开始初步在机制层面深入探究，结果发现短期组在前期30天摄入雷帕霉素可以起到长期降低TORC1（其表达被抑制，代表着抗衰作用增强）活性的作用。在第30天，两组果蝇的大脑、肌肉、脂肪组织、肠道TORC1表达水平相同，均显著低于对照组。TORC1表达降低的原因在于短期组摄入雷帕霉素使得肠道细胞自噬增加，长期组观察到溶酶体增加，而不增加自噬小体，引发自噬流。
图2. 雷帕霉素成年初期短暂摄入与长期摄入在提升果蝇寿命、保护肠道健康上的影响 已有研究表明Atg1过度表达会导致果蝇自噬发生，在本研究中短期组在停止给药后的1～15天，肠道上皮细胞Atg1均过度表达，持续性下调了 Ref-2-P 。Atg1过度表达延长了果蝇寿命，同时减少了因为衰老导致的肠道完整性损伤。
图3. 短期Atg1过度表达可诱导果蝇持久自噬激活、延寿 接着为了探明是否因为组蛋白表达增加，而使得雷帕霉素能够延长寿命。研究人员分别对短期组、长期组的组蛋白H3 表达分析，结果表明长期组内组蛋白H3是增加状态，但是在短期组停止摄入15天后就恢复到对照组水平，说明组蛋白表达的增加并不是短期组延寿的原因。
图4. 短期摄入雷帕霉素对自噬、延寿、肠道屏障功能的影响 为了查明短期增寿原因，找到雷帕霉素的调控者，研究人员开展了蛋白组学分析。蛋白质组学结果：与短链脂肪酸代谢、碳水化合物代谢、溶酶体α-甘露糖苷酶相关的蛋白含量上调。使用RT–qPCR技术开展差异物质筛选，结果得知溶酶体-甘露糖苷酶（LmanV）的mRNA表达水平显著上调。 上述筛选结果使得研究人员思考：LmanV是否才是雷帕霉素短期作用的关键，因为该酶与溶菌酶共同作用，推动细胞自噬，延缓肠道老化。研究人员紧接着使用RNAi技术沉默该基因表达，结果短期组的延寿效果，肠道衰老改善等都不再出现。当在无雷帕霉素摄入果蝇成年前期，过度表达该基因时，果蝇肠道老化病理表现减少，LmanV含量与长期组相同。以上结果说明，雷帕霉素短期作用的关键的确是LmanV，通过LmanV引发自噬、改善肠道健康。 最近多篇研究表明哺乳动物小肠溶酶体分泌产生自噬作用，也是维护肠道健康重要手段。 分泌自噬在应对感染时会激活产生自噬蛋白Atg5、Atg16L1。研究人员也关注到了这一点，探究分泌自噬作用是否也参与到改善衰老过程，结果得知短期组与长期组的溶酶体水平均高于对照组。短期组在服用雷帕霉素时，使LmanV、Atg5沉默表达会降低果蝇肠道溶酶体水平。 由此研究人员得知，雷帕霉素通过肠道分泌自噬与LmanV进一步上调了溶酶体水平。
图5. 短期雷帕霉素摄入持续增加LmanV、减少肠道衰老 为了验证雷帕霉素在哺乳动物短期作用也与长期作用相当，研究人员接着在小鼠上开展探究。选择三批小鼠，分别为对照组、短期组、长期组，短期组在小鼠3~6月（相当于人的青壮年时期）摄入雷帕霉素，长期组则是持续到12月。 结果得到与对照组相比，短期组与长期组均能显著降低LBP含量，且二者之间无显著性差异。对回肠绒毛紧密连接蛋白（TJs）超微结构与含量的检测，结果：对照组内TJs含量降低、完整性随着衰老而破坏，电子密度降低，肠道的通透性增加，而短期组与长期组则有着显著改善，且两组之间无显著性差异。此结果证明雷帕霉素的短期摄入能够对肠道完整性产生终身积极影响。
图6. 短期雷帕霉素摄入维持肠道屏障功能和Paneth细胞结构稳定 此外，短期组中的雷帕霉素改善了衰老相关的潘氏细胞形态学问题、提升了肠道屏障功能，短期组与长期组改善效果相似，无显著差异。 综上所述，雷帕霉素在雌性果蝇成年之后连续服用30天可以显著延长寿命，在小鼠3~6月时间段补充雷帕霉素同样能够显著延长寿命。雷帕霉素在延寿的同时还能改善相关的衰老问题，而且短期摄入的改善效果与终身摄入相同。果蝇上延寿的机制为肠细胞自噬作用增强，伴随肠道LManV和溶菌酶水平升高。在小鼠中，雷帕霉素作用机制在于改善TJs含量与完整性、肠道通透性、Paneth细胞结构和肠道屏障功能。
图7. 短期雷帕霉素摄入增加了Paneth细胞中溶菌酶和p62阳性颗粒 本项研究的意义在于为将来研究雷帕霉素对于其他器官系统的衰老，如心血管、免疫、认知功能等做基础，而且对这些课题深入研究将减少雷帕霉素在临床上使用的副作用、丰富衰老理论。 参考文献： 1.Juricic, P., Lu, YX., Leech, T. et al. Long-lasting geroprotection from brief rapamycin treatment in early adulthood by persistently increased intestinal autophagy. Nat Aging (2022). https:///10.1038/s43587-022-00278-w 2.Turco E, Fracchiolla D, Martens S. Recruitment and Activation of the ULK1/Atg1 Kinase Complex in Selective Autophagy. J Mol Biol. 2020 Jan 3;432(1):123-134. doi: 10.1016/j.jmb.2019.07.027. Epub 2019 Jul 25. PMID: 31351898; PMCID: PMC6971721. 3.Filali-Mouncef Y, Hunter C, Roccio F, Zagkou S, Dupont N, Primard C, Proikas-Cezanne T, Reggiori F. The ménage à trois of autophagy, lipid droplets and liver disease. Autophagy. 2022 Jan;18(1):50-72. doi: 10.1080/15548627.2021.1895658. Epub 2021 Apr 2. PMID: 33794741; PMCID: PMC8865253. 4.Onorati AV, Dyczynski M, Ojha R, Amaravadi RK. Targeting autophagy in cancer. Cancer. 2018 Aug;124(16):3307-3318. doi: 10.1002/cncr.31335. Epub 2018 Apr 19. PMID: 29671878; PMCID: PMC6108917. 5.Levine B, Kroemer G. Biological Functions of Autophagy Genes: A Disease Perspective. Cell. 2019 Jan 10;176(1-2):11-42. doi: 10.1016/j.cell.2018.09.048. PMID: 30633901; PMCID: PMC6347410. 6.Bel S, Hooper LV. Secretory autophagy of lysozyme in Paneth cells. Autophagy. 2018;14(4):719-721. doi: 10.1080/15548627.2018.1430462. Epub 2018 Mar 8. PMID: 29388875; PMCID: PMC5959324. 7.Lu R, Zhang YG, Xia Y, Sun J. Imbalance of autophagy and apoptosis in intestinal epithelium lacking the vitamin D receptor. FASEB J. 2019 Nov;33(11):11845-11856. doi: 10.1096/fj.201900727R. Epub 2019 Jul 30. PMID: 31361973; PMCID: PMC6902693. 撰文｜毛桃 编辑 ｜ 小耳朵 |
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