線蟲研究如何幫助解讀人類衰老的奧秘?

2021-01-11 生物谷

2019年2月20日 訊 /生物谷BIOON/ --線蟲研究能告訴我們關於人類衰老的奧秘嗎？或許這要比我們想像之中更多，日前一項刊登在國際雜誌Frontiers in Molecular Biosciences上的研究報告中，來自Babraham研究所的研究人員通過聯合研究在秀麗隱杆線蟲體內開發出了一種公認的代謝通量模型，同時研究者還闡明了如何利用這種模型來理解機體代謝和老化之間的關聯。

圖片來源：Dr. Laetitia Chauve, Babraham Institute.

代謝能夠助力生命，其能將食物轉化為細胞各項過程所需要的能量，並確保有機體滿足基本基本元件的供給；更重要的是，代謝在調節機體壽命上扮演著關鍵角色，許多已知的能夠延長機體壽命的基因都能通過改變細胞和組織中的能量和信號流動來實現這一目的；而且在包括人類在內的有機體中，飲食和嚴格的熱量限制對機體壽命的影響也證明了這種關係。

因為壽命較短（2-3周）及能作為現成的遺傳研究工具，秀麗隱杆線蟲常常是一種調查機體衰老的最佳生物模型，其擁有和人類非常相似的多種核心代謝通路和關鍵的因素，這些因素在決定線蟲壽命上扮演著關鍵角色。研究者Janna Hastings表示，想要充分發揮線蟲作為一種研究工具的一個主要障礙就是缺乏統一的模型來理解線蟲機體的代謝模式，為了克服這個問題，研究人員發起了一項全球合作，將線蟲代謝通路的現有信息和互相衝突的信息協調成為一種單一的社區一致性模型進行研究。

這項研究中，研究人員利用秀麗隱杆線蟲進行研究理解了在機體老化的正常過程中線蟲體內代謝的改變情況，以及利用改變代謝流的多種幹預性措施如何延長線蟲的壽命和生活質量；隨著線蟲年齡的增長，衰老線蟲機體所表現的明顯的生理學改變表明其已經喪失了中樞性的代謝能力。研究者所開發的代謝模型對他們而言很有價值，但目前存在一個關鍵的局限性，這種模型能夠更好地反映線蟲在成長過程中所發生的一系列事件，而不僅僅是衰老階段。

研究者Olivia Casanueva說道，我們所面對的一個關鍵挑戰就是，現有的模式工具是針對動物或生長過程中的細胞進行優化的，而這在衰老過程中或許是並不能發揮作用的。為了應對這一挑戰，研究者利用來自多組學資源（轉錄組學和代謝組學）中的數據對模式化工具進行了重新優化，同時利用該工具對線蟲衰老過程中的機體代謝流進行了深入研究。

圖片來源：The Babraham Institute

這種模型與理解衰老過程中發生的代謝變化的相關性在實驗室中能通過研究衰老的線蟲得以驗證，隨後研究者鑑別出了多種代謝產物，其能會隨著線蟲機體的老化而發生明顯改變，同時也能夠提示線蟲在衰老過程中細胞中線粒體功能的下降。線粒體是細胞中的能量工廠，在老年人中線粒體功能的下降對於機體老化非常關鍵，而且也常與諸如阿爾茲海默病相關的年齡相關疾病的發病直接相關；研究人員想通過研究確定是否這種新型優化的工具能夠幫助預測線粒體所產生的代謝產物是否受年齡影響最大。

研究者Casanueva說道，這種模型預測相當準確，因為其能夠幫助預測，作為能量產生的關鍵來源：草乙酸鹽(Oxaloacetate)在衰老的線蟲中會受到限制。我們都知道，所有的代謝產物都能作為老化線蟲食物來源的補充，而草乙酸鹽是一種能夠產生強大效應的代謝產物，其能將線蟲壽命延長20%。

那麼線蟲研究又能告訴我們關於人類衰老什麼奧秘呢？最後研究者Casanueva說道，對衰老動物模型的重新優化代表了該領域的重大技術進步，並能夠將衰老過程中的代謝通量預測地更為準確。通過對衰老實驗模型進行深入研究和理解，我們就可以清楚知曉人類機體中所發生的事件，這對於人類的健康老齡化至關重要。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

【1】What can worms tell us about human aging？

February 6， 2019， Babraham Institute

【2】Janna Hastings，Manusnan Suriyalaksh，Olivia Casanueva， et al. Flow with the flux： Systems biology tools predict metabolic drivers of ageing in C. elegans. Current Opinion in Systems Biology， February 2019， doi：10.1016/j.coisb.2018.11.005

【3】Michael Witting， Janna Hastings， Nicolas Rodriguez，et al. Modeling Meets Metabolomics—The WormJam Consensus Model as Basis for Metabolic Studies in the Model Organism Caenorhabditis elegans， Front. Mol. Biosci.14 November 2018 doi：10.3389/fmolb.2018.00096

【4】Janna Hastings， Abraham Mains1， Bhupinder Virk，et al.  Multi-Omics and Genome-Scale Modeling Reveal a Metabolic Shift During C. elegans Aging， Front. Mol. Biosci.， 06 February 2019 doi：10.3389/fmolb.2019.00002

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