综述:嘌呤代谢新机制:解锁衰老与肌肉骨骼疾病的潜在密码

【字体: 时间:2025年02月28日 来源:Ageing Research Reviews 12.5

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  为探究衰老相关机制,研究人员开展嘌呤代谢与衰老关系研究,发现其影响组织器官衰老,或为治疗相关疾病提供新靶点。

  美国和其他工业化国家一样,老龄化人口不断增加。2014 年,美国 65 岁及以上人口占比 14.5%(4630 万),预计到 2060 年这一比例将达到 23.5%(9800 万)。到 2030 年,预计美国老年人口将达 7700 万(每 5 个美国人中就有 1 个),届时老年人口数量预计将首次超过儿童。世界其他地区也将出现类似的人口变化。
衰老常伴随着影响肌肉骨骼、心血管、内分泌和神经系统的慢性疾病。导致与年龄相关慢性疾病发生的分子机制包括基因组损伤、端粒缩短、表观遗传改变、蛋白质稳态和营养感知失调、线粒体功能障碍、干细胞池枯竭、细胞间通讯受损、低度炎症和细胞衰老。

在此,研究人员提出了一种新机制,即嘌呤代谢随年龄发生的变化,常与上述因素共同作用,促使部分组织和器官衰老。研究人员推测,细胞表面自分泌产生的腺苷(Adenosine)通过腺苷受体(Adenosine receptors)进行信号传导,维持着细胞功能、健康以及细胞 / 器官的寿命,而这一稳态循环会随着衰老而减弱或消失。该研究成果或为治疗与年龄相关的肌肉骨骼问题指明新靶点。此外,目前已有的 A2A 受体拮抗剂、研发中的 A2A 受体拮抗剂,以及正在开发用于癌症治疗的 CD73 和 CD39 活性大小分子抑制剂,都可能会给肌肉骨骼系统带来长期不良影响。

腺苷(Adenosine)和腺嘌呤核苷酸(Adenine nucleotides)是公认的细胞外信号分子,可调节多种细胞和器官功能。腺苷可以直接从细胞输出到细胞外空间,但对于大多数细胞类型而言,细胞外腺苷主要是由细胞表面腺嘌呤核苷酸的连续去磷酸化产生的。ATP 通过包括泛连接蛋白(Pannexins)在内的多种选择性转运体,主动转运到细胞外空间。

线粒体成分的氧化会导致线粒体功能和 ATP 生成减少。在软骨细胞和其他细胞类型中,线粒体 ATP 生成减少会导致细胞内 ATP 水平降低,进而减少转运到细胞外空间的 ATP 水平,使腺苷生成减少。

腺苷水平升高的遗传和药物因素均有相关报道。腺苷脱氨酶缺乏的儿童,其血浆腺苷水平升高,这是由于腺苷分解代谢减少导致的。像抗逆转录病毒药物替诺福韦(Tenofovir)等药物,会抑制泛连接蛋白 1(Pannexin1)对 ATP 的转运,从而降低细胞外空间的腺苷水平。

如前所述,细胞表面 ATP 水解为腺苷减少,会通过两种不同机制影响细胞和组织功能。ATP 在 CD39 和 CD73 的共同作用下,水解为腺苷和焦磷酸(Pyrophosphate)。焦磷酸可抑制组织矿化,而细胞表面腺嘌呤核苷酸水解减少,会使焦磷酸减少,从而促进组织矿化。因此,缺乏 CD73 的患者会出现血管和其他组织的弥漫性钙化。

先前研究表明,外周血白细胞上的 CD73 和 CD39 表达会随年龄下降。同样,随着年龄增长和绝经,骨骼中的 CD73 和 CD39 表达也会减少。目前,这些组织中 CD73 和 CD39 表达改变的机制正逐渐明晰。雌激素在调节 CD73 和 CD39 的表达中起着重要作用,而这两种酶参与细胞外腺苷的生成。

内源性给予和外源性的腺苷及其受体,在调节细胞和组织功能方面发挥着重要作用。近期研究表明,腺苷受体信号传导缺失,在皮肤、肌肉骨骼系统和血管的年龄相关疾病发展中起一定作用。

除了直接针对腺苷受体治疗与衰老相关的疾病外,深入了解腺苷受体调节衰老的机制,也有助于进一步揭示衰老的病理生理学。伴随衰老的慢性低度炎症(inflammaging),被认为在许多与衰老相关的疾病(如关节炎、糖尿病等)的发病过程中发挥着致病作用。

该研究由纽约大学 - 哈莱姆医院中心临床与转化科学研究所(NYU-HHC Clinical and Translational Science Institute,由美国国立卫生研究院国家转化科学促进中心拨款 UL1 TR001445 资助给 Cronstein 博士)、美国国立卫生研究院国家心肺血液研究所拨款 1K01HL - 155234 - 01A1 资助给 Rabbani 博士,以及美国国立卫生研究院国家心肺血液研究所拨款 R01 HL146627 和 R01HL149927 资助给 Ramkhelawon 博士。

Cronstein 博士是 Regenosine 生物制药公司的创始人之一,并持有该公司大量股权(超过 10%),该公司致力于开发关节腔内脂质体腺苷,用于治疗骨关节炎。Cronstein 博士还是多项相关专利的发明人(这些专利已转让给纽约大学格罗斯曼医学院)。Rabbani 博士和 Ramkhelawon 博士未报告存在潜在利益冲突。
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