《PLOS》:节食利于长寿的新证据

【字体: 时间:2014年06月23日 来源:生物通

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  几个世纪以来,人们对青春之泉的寻找工作,只取得了很少几个有希望的线索,其中一个就是极端的、使人消瘦的节食。最近一项对秀丽隐杆线虫(C. elegans)的研究,开始解释这种能量限制的奇迹,暗示了实现长寿的一种更容易的方式。相关研究结果发表在2014年6月19日的《PLOS Genetics》。

  

生物通报道:几个世纪以来,人们对青春之泉的寻找工作,只取得了很少几个有希望的线索,其中一个就是极端的、使人消瘦的节食。最近一项对秀丽隐杆线虫(C. elegans)的研究,开始解释这种能量限制的奇迹,暗示了实现长寿的一种更容易的方式。相关研究结果发表在2014年6月19日的《PLOS Genetics》。

杜克大学的研究人员发现,取走秀丽隐杆线虫的食物,可触发一种发育停滞的状态:虽然生物体不断蠕动、觅食,但是它的细胞和器官处于一种不老的、静止的状态。当食物再次变得丰富时,线虫又按计划发育,但是存活时间是正常寿命时间的两倍之久。

杜克大学生物系副教授David R. Sherwood指出:“在我们人体中,低营养的饮食有可能会引发相同的途径,使我们的细胞处于静止状态。关键是要找到一种方法,用药理学手段操纵这个过程,这样我们就能获得抗衰老益处,而没有节食的痛苦。”

在过去的80年里,研究人员让一群模式生物节食,他们看到,营养不足会延长大鼠、小鼠、酵母、苍蝇、蜘蛛、鱼、猴子和线虫的寿命,与自由喂养的对应动物相比,它们的寿命延长了30%到200%。

在实验室以外的现实世界中,线虫这样的生物会经历吃饱或挨饿,这无疑会影响它们的发育和寿命。Sherwood的同事、杜克大学医学助理教授Ryan Baugh表明,在无营养的环境中孵化线虫虫卵,会完全关闭它们的发育。他让Sherwood调查,限制饮食到生命后期的饥饿点程度,是否会有相同的效果。

Sherwood和他的博士后Adam Schindler,决定重点研究线虫幼虫发育的最后两个阶段——称为L3和L4,这两个阶段中关键的组织和器官(如阴门)仍在发育中。在这些阶段中,线虫的阴门,从一个3细胞斑点,发育成稍大的22细胞球。研究人员发现,当他们在L3和L3阶段的不同时期取走食物后,处于3细胞阶段或22细胞阶段的(而不是两个阶段之间)阴户发育暂停。

当研究人员进一步研究,他们发现,不只是阴门,而且生物体的所有组织和细胞似乎都停留在两个主要检查点。这些检查点就像沿着发育“州际公路”的收费站。如果生物体有足够的营养,它的发育可以传入到下一个收费站。如果没有足够的营养,它就停留在收费站,直到它们逐渐获得走完剩下的路所必需的营养。

本文第一作者Schindler称:“发育不是持续不间断的过程。生物体必须监控它们的环境,决定周围的环境是否适合它们发育。如果不适合,它们就停止,如果适合,它们就继续发育。这些检查点之所以存在,似乎就是让动物做出决定。”

研究发现,秀丽隐杆线虫能够挨饿至少两周,一旦喂养恢复,仍然发育正常。因为计量器没有跑表,而线虫处于抓捕状态,这种饥饿基本上能增加线虫两倍的寿命(线虫的寿命约为二三周)。

Sherwood称:“这项研究不仅对于衰老,而且对于癌症也有重要的意义。在癌症中一个最大的谜团是,癌细胞如何早期转移,然后在再度觉醒之前潜伏数年。我的猜测是,在线虫中,捕获这些细胞并唤醒它们的途径,可能跟人类肿瘤转移过程中的途径是相似的。”

现在,研究人员正在进行大量的遗传学研究,以探究是否能找到迫使线虫进入这些发育停滞状态的其他途径。

(生物通:王英)

延伸阅读:《Cell Transplantation》:太极拳可以减缓衰老过程?

生物通推荐原文摘要:

Identification of Late Larval Stage Developmental Checkpoints in Caenorhabditis elegans Regulated by Insulin/IGF and Steroid Hormone Signaling Pathways
Abstract:Organisms in the wild develop with varying food availability. During periods of nutritional scarcity, development may slow or arrest until conditions improve. The ability to modulate developmental programs in response to poor nutritional conditions requires a means of sensing the changing nutritional environment and limiting tissue growth. The mechanisms by which organisms accomplish this adaptation are not well understood. We sought to study this question by examining the effects of nutrient deprivation on Caenorhabditis elegans development during the late larval stages, L3 and L4, a period of extensive tissue growth and morphogenesis. By removing animals from food at different times, we show here that specific checkpoints exist in the early L3 and early L4 stages that systemically arrest the development of diverse tissues and cellular processes. These checkpoints occur once in each larval stage after molting and prior to initiation of the subsequent molting cycle. DAF-2, the insulin/insulin-like growth factor receptor, regulates passage through the L3 and L4 checkpoints in response to nutrition. The FOXO transcription factor DAF-16, a major target of insulin-like signaling, functions cell-nonautonomously in the hypodermis (skin) to arrest developmental upon nutrient removal. The effects of DAF-16 on progression through the L3 and L4 stages are mediated by DAF-9, a cytochrome P450 ortholog involved in the production of C. elegans steroid hormones. Our results identify a novel mode of C. elegans growth in which development progresses from one checkpoint to the next. At each checkpoint, nutritional conditions determine whether animals remain arrested or continue development to the next checkpoint.

 

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