通过提升线粒体能量生成效率,研究人员延长了小鼠的寿命和健康寿命。这些动物表现出更好的新陈代谢、更强的耐力以及更少的细胞衰老迹象,为健康老龄化开辟了新途径。
全球人口寿命不断延长,这一趋势正改变人们对老龄化的期待。目标已不仅是延长寿命,更是增加健康寿命——即保持精力充沛、独立生活且基本无严重年龄相关疾病的生存年限。
研究重点之一是线粒体,常被称为细胞的“动力工厂”。这些结构通过生成三磷酸腺苷(ATP)为细胞运转提供能量。由于衰老及多种年龄相关疾病与线粒体功能衰退密切相关,科学家将线粒体视为健康长寿研究的重要靶点。
线粒体呼吸链超复合物与能量通道
线粒体内,能量生产依赖于呼吸链复合物。这些分子通过转移质子和电子,最终使细胞生成ATP。研究者多年已知这些复合物可组装成更大型、灵活的分组,称为超复合物。这些超复合物被认为能提升线粒体呼吸效率。
然而,直接证明超复合物带来明确健康益处的证据有限,尤其来自动物研究。这一缺口留下关键问题:这些结构是否真能对衰老和整体健康产生可测量的影响?
显微镜下的COX7RP蛋白研究
为探索此问题,日本东京都老年医学研究所团队负责人井上智领导的研究团队,针对帮助超复合物形成的线粒体蛋白COX7RP展开研究。该研究由埼玉医科大学池田一宏博士共同撰写,发表于《衰老细胞》期刊。
井上博士解释道:“我们先前已鉴定COX7RP这一线粒体蛋白,它是促进线粒体呼吸超复合物形成的关键因子,能增强能量生产并减少导致细胞氧化应激的活性氧(ROS)。基于此,我们深入探究了COX7RP及线粒体呼吸超复合物在调控衰老与抗衰老过程中的作用。”
基因编辑小鼠展现更长寿命与健康状态
研究人员培育出终生高水平表达COX7RP的转基因小鼠(COX7RP-Tg)。通过该模型,团队精确追踪了该蛋白对寿命、衰老相关变化及新陈代谢的影响。
结果显著:COX7RP-Tg小鼠平均寿命比野生型小鼠延长6.6%。益处不仅限于寿命延长,这些基因编辑小鼠还展现出更优的健康寿命指标。它们因胰岛素敏感性提升而改善葡萄糖稳态,血脂指标更佳(血液甘油三酯和总胆固醇降低),同时肌肉耐力增强且肝脏脂肪堆积减少。
更强线粒体功能与更少衰老信号
在细胞层面,数据显示线粒体性能明显提升。COX7RP-Tg小鼠组织中,线粒体呼吸超复合物形成增加,ATP产量同步上升。
对白色脂肪组织的深入分析揭示多种衰老相关生物标志物的变化:小鼠体内辅酶NAD+水平升高,活性氧(ROS)水平降低,细胞衰老标志物β-半乳糖苷酶水平减少。通过对老年小鼠白色脂肪组织进行单细胞核RNA测序,研究者还发现与年龄相关炎症相关的基因活性降低,包括与衰老相关分泌表型(SASP)相关的基因——这是衰老细胞的典型特征。
对健康老龄化的潜在意义
综合来看,这些发现表明提升线粒体能量效率可能有助于延缓或减轻与衰老相关的常见问题。井上博士强调:“本研究阐明了抗衰老和长寿背后的新线粒体机制,并为促进健康寿命和延长寿命的策略提供了新见解。例如,能够增强线粒体呼吸超复合物组装和功能的补充剂与药物,可能有助于延长人类寿命。”
研究者指出,后续工作将进一步验证线粒体超复合物作为治疗靶点的可行性。若成果得到确认,该研究方向将支持开发保护活力及应对糖尿病、血脂异常和肥胖等年龄相关代谢疾病的新方法。
本研究获得日本学术振兴会(23K07996、24K02505、22K06929、23H02962、24K21297)、东京都老年医学研究所痴呆症综合研究倡议、武田科学振兴财团及车辆竞速纪念财团的资助。同时获得日本医学研究开发机构(AMED)JP25gm2110001号项目支持。
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