3月1日,遗传学与发育生物学顶级期刊Genes &
Development刊登了刘剑峰教授团队与Shawn
XU教授团队合作完成的一项最新研究成果,题为“Brain-gut communications via
distinct neuroendocine signals bidirectionally regulate longevity in
C.elegans”。同期Genes &
Development杂志还发表了特约评论员文章对该项研究给予高度评价。

出品:”SELF格致论道讲坛”公众号

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以下内容为中国科学院神经科学研究所蔡时青演讲实录:

  这项研究,从组织、细胞、分子三个水平系统地阐述了线虫感觉神经系统与肠道组织间功能联系在环境温度调控线虫寿命过程中的重要作用。生命科学与技术学院博士后张辟博士及密歇根大学生命科学研究院博士后龚建科博士为该论文第一作者,刘剑峰教授及密歇根大学Shawn
XU为通讯作者,生命科学与技术学院博士生张文渊及美国弗罗里达大学肖睿博士为共同作者,我为第一作者单位。

非常高兴和大家一起探讨衰老的话题。人为什么会衰老?人的寿命到底有没有极限?我们能不能实现长生不老,能不能返老还童?这是大家非常关心的话题,也是人类永恒的话题。

  衰老过程伴随着生物个体生理机能的逐渐减低及多种疾病的发生发展,直至个体的生命终点。已有研究发现,生物机体的各个组织间相互影响响应个体内环境及外界环境变化,共同参与了生物个体的衰老过程。然而,生物个体响应外界刺激及内部组织器官功能变化的‘中枢’-神经系统如何与其他组织协同作用,相互联系以抵抗衰老过程的影响并延续生物个体的寿命的作用机制远没有得到清晰地阐述。为了深入地探索外界环境条件及个体不同组织间功能联系在衰老及长寿过程的调控作用,刘剑峰教授领导的研究团队与美国密歇根大学Shawn
XU教授研究团队开展了积极地合作,以秀丽隐杆线虫为模式生物系统地研究了环境温度条件对线虫衰老及长寿过程的调控作用,取得了一系列重要研究成果。

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  该工作首先发现线虫IL1神经元感受低温刺激后,通过谷氨酸及5-羟色胺小分子神经递质分泌信号通路显著地增强线虫肠道内促长寿因子DAF-16/FOXO的转录活性,进而实现了延长线虫寿命的作用。同时,该工作还鉴定发现线虫ASJ神经元感受较高温度刺激后,通过分泌胰岛素及胰岛素类似神经肽作用于线虫肠道上的胰岛素受体同源蛋白DAF-2并抑制肠道细胞内DAF-16/FOXO转录活性,从而缩短线虫的寿命。有意思的是,该项工作发现:抑制高温感受神经元分泌的神经肽信号可以促进DAF-16/FOXO转运进入细胞核进而增强其转录活性;而低温诱导的小分子神经递质信号通路则直接增强细胞核内DAF-16/FOXO的转录活性进而延长线虫寿命;
另外,肠道细胞接受到神经系统信号后,还可以将相应信号‘辐射’到其他组织,协同调控生物个体的衰老及长寿过程。该项研究系统地揭示了温度通过神经感受系统调节调控线虫肠道内‘长寿因子’的活性进而影响线虫衰老及寿命的精细机制,鉴定了线虫新型低温感受相关神经元,确认了神经感受系统传递温度刺激的细胞间神经分泌信号通路,同时揭示了不同温度刺激具有差异性调控促长寿转录因子活性的机制。

我们每一个人都和衰老有密切的关系,每个人从出生逐渐成长为成人,然后再慢慢衰老,在衰老的过程中,各项生理功能会慢慢退化。随着的年龄增加,一些老年性疾病的发生率也会随之增加,比如阿尔茨海默氏症,也是我们通常所说的老年痴呆,还有癌症、糖尿病的发生率会大幅度提高,所以衰老也是老年疾病最大的风险因素。

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随着人类预期寿命的延长,老龄人口急剧增长。2017年,全球60岁以上的老年人口已经达到10亿,到2050年这个数字将增加到21亿。如此严峻的全球人口老龄化问题,需要我们研究衰老、理解衰老,寻找预防衰老、抵抗衰老的方法。

尽管人类几千年来一直在孜孜以求长生不老,但是真正科学意义上的衰老研究,时间其实并不长。目前研究衰老的科学家都在做什么呢?大部分的衰老研究都集中在如何延长寿命这一方面。科学家是如何研究寿命的呢?他们用什么来研究寿命呢?能不能用人作为对象来研究寿命呢?

我们都知道,人的寿命很长。当我们去研究别人寿命的时候,有可能还活不过人家,所以人不太合适作为研究对象。因此科学家用寿命周期比较短的生物,比如几天的酵母、几周的线虫、几个月的果蝇、两三年的小鼠,还有十几年的猴子。当然,最近由于基因技术的发展,科学家也开始研究长寿老人,在长寿老人中探索长寿的原因。

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在几十年的衰老研究历史中,许多科学家做了非常重要的贡献。其中有两位科学家,一位是叫托马斯·约翰逊,来自美国科罗拉多大学,他第一个发现基因变异可以延长动物寿命。另外一位科学家是来自加州大学旧金山分校的Cynthia
Kenyon教授,她提出了动物的寿命是可以受基因调控的。

这是两项非常重要的工作,因为在他们开始研究衰老的时候,也就是上世纪八十年代末、九十年代初,人们一直认为衰老是不可逆、不可调控的,就像机器损耗那样,用久了就坏了。他们的工作突破了概念上的束缚,对衰老研究起到了非常大的推动作用,从此衰老研究迅速发展。

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这两位科学家到底发现了什么?第一位科学家托马斯·约翰逊发现了一个叫AGE-1的基因,就是图中横线划的基因,它的基因变异可以延长一个模式生物——线虫的寿命。

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另外那位女科学家,她发现的是一个叫DAF-2的突变体,抑制DAF-2基因可以延长线虫的寿命,可以延长1倍。大家想象一下,我们人的寿命大概是80岁,延长1倍就意味着160岁,这是一个非常可观的数字。

金沙手机娱乐网址 ,今天我们知道了这两个基因都属于一条信号链上的基因,就是一个胰岛素信号通路。这是什么意思呢?我们把这个胰岛素信号通路看成多米诺骨牌,这里面的基因可以看成一个一个骨牌。胰岛素就像一个推手,一推,一个个纸牌就把信号传过去了,最后可以触发一个延长寿命的机制,从而延长动物的寿命。

这是科学家发现的第一条长寿基因通路。后来发现,这条通路在小鼠上也是可以控制寿命的,跟人的寿命也有着密切的关系。也就是说,这个通路在进化上是非常非常保守的。

现在科学家们已经知道有上百个基因可以调控动物的寿命,也就是说可以延长寿命。此外,有一些化合物、药物发现也可以延长动物的寿命。比如说,有一种治疗糖尿病的药,叫二甲双胍,这个药是可以延长寿命的。现在有些国家正在做临床实验,如果成功的话,它将会是第一个可以延年益寿的药物。

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我们一提到衰老研究,许多人马上会想到“长生不老”。其实这四个字有两层意思,“长生”就是如何延长寿命。“不老”是什么意思呢?就是如何能够保持健康,保持年轻时候的活力。在50岁的时候还有30岁的容貌和活力,在70岁的时候还能像四五十岁那样活蹦乱跳。

“长生”一定能“不老”吗?在动物实验里面,我们基本上可以做到“长生”了。那么这些动物能“不老”吗?最近科学家们也做了一些实验,包括我们实验室的数据表明,延长寿命不一定能延缓动物生理功能的退化,也就是说,“长生”不一定“不老”。

这就意味着有些长寿基因延长的是一个状态不太好的寿命,实际上这不是我们想要的。我们想要的是既能延长寿命,又能实现健健康康的衰老。从某种意义上来说,可能大部分人会选择能够健健康康的衰老,寿命短两三岁也无所谓,因此健康衰老更加重要。

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假如说我们如果能够延长寿命,但不能实现健康衰老,对于整个社会、整个家庭将会一个非常大的负担。因此,研究健康衰老不但是一个非常重要的科学问题,也一个非常重要的社会问题。

第四次中国城乡老年人生活状况抽样调查数据告诉我们,现在我国失能人口已经达到4000万,到2050年,这个数据将接近1个亿。

失能老人是什么意思?就是有些老人可能脑子还很清楚,但是已经失去生活能力了,躺在床上需要照顾,这是一种情况。另外一种情况是有些老人身体很健康,还活蹦乱跳的,但是大脑已经有问题变成老年痴呆了。这是一个非常悲哀的事情,不知道自己的家住在哪里,不认得自己的亲人了,最后可能连自己是谁也不知道了。

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很不幸,这种病非常的普遍。在65岁到74岁老人中,大约有3%的人会得老年痴呆;在75岁到84岁的老人中,大约有19%的人会得老年痴呆;85岁以上,将近有一半的人会得老年痴呆,这是一个非常非常大的问题。

为什么这些病人会出现失忆情况呢?我们先来看看大脑到底怎么样工作的。

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