Nature文獻(xiàn)解讀：小鼠模型助力揭示石膽酸模擬熱量限制的抗衰老效果

12月18日，廈門大學(xué)林圣彩院士團(tuán)隊(duì)在Nature雜志上在線發(fā)表了兩篇文章：“Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction”和“Lithocholic acid binds TULP3 to activate sirtuins and AMPK to slow down ageing”。第一篇文章，林圣彩院士團(tuán)隊(duì)主要發(fā)現(xiàn)了石膽酸（lithocholic acid，LCA）能模擬熱量限制（calorie restriction，CR）的抗衰老效果；第二篇文章則針對(duì)LCA延緩衰老的具體機(jī)制進(jìn)行了探究。

本文主要針對(duì)第一篇文章進(jìn)行解讀。

南模生物為該研究提供了Cyp2c cluster KO小鼠（目錄號(hào)：NM-KO-18019）。
 

CR飲食一般被認(rèn)為是一種促進(jìn)健康和延長(zhǎng)壽命的干預(yù)方法。已有研究表明，熱量限制引發(fā)了體內(nèi)代謝物的產(chǎn)生和循環(huán)方面的多種變化，二甲雙胍和白藜蘆醇等CR模擬物可以通過(guò)激活A(yù)MPK來(lái)延長(zhǎng)多種生物的壽命，但CR介導(dǎo)的哪些代謝物變化起著決定性的作用以及這些代謝物如何激活A(yù)MPK以維持健康和延長(zhǎng)壽命仍有待研究。

針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，林圣彩院士團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了以下研究：

1、CR處理小鼠的血清可激活細(xì)胞和小鼠中的AMPK
作者首先利用經(jīng)過(guò)了四個(gè)月的熱量限制的小鼠（CR小鼠）確定了CR可以激活其體內(nèi)的AMPK。同時(shí)作者發(fā)現(xiàn)，56℃加熱后（去除其中的蛋白），來(lái)源于CR小鼠的血清仍能激活A(yù)MPK，而透析后（去除其中的小分子代謝物），來(lái)源于CR小鼠的血清無(wú)法激活A(yù)MPK。以上結(jié)果提示CR血清中存在的熱穩(wěn)定、低分子量的代謝物可激活A(yù)MPK。
 

Fig1. CR處理小鼠的血清可以激活細(xì)胞和小鼠中的AMPK。

2、LCA是唯一能在小鼠中重現(xiàn)CR效果的代謝物
為明確該代謝物是什么，作者接下來(lái)對(duì)來(lái)源于CR處理小鼠和非CR處理小鼠（對(duì)照）的血清樣本進(jìn)行了一系列的代謝組學(xué)分析。并通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明LCA是CR血清中的AMPK激活因子。

篩選過(guò)程：利用多液相色譜-質(zhì)譜，氣相色譜-質(zhì)譜和毛細(xì)管電泳質(zhì)譜聯(lián)用等多種質(zhì)譜方法，尋找CR后血清中發(fā)生顯著變化的小分子代謝物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CR影響了血清中695個(gè)代謝物水平（354個(gè)脂類和341個(gè)極性代謝物）。作者首先將CR小鼠血清通過(guò)親脂性Lipidex柱后（吸收非極性化合物和脂質(zhì)），發(fā)現(xiàn)流出物仍能引起AMPK的激活（圖1i），這一結(jié)果表明，非極性化合物和脂質(zhì)可能不參與AMPK的活化。于是作者就對(duì)剩余的341個(gè)極性代謝物進(jìn)行了分析（212個(gè)水平升高和129個(gè)降低）。對(duì)升高的代謝物，作者將其直接添加至細(xì)胞培養(yǎng)基中，觀察其是否能夠直接激活A(yù)MPK；對(duì)降低的代謝物，作者則假設(shè)這些代謝物起到了抑制AMPK的作用，將其添加到了AMPK已激活的細(xì)胞培養(yǎng)基中，觀察其是否能夠反過(guò)來(lái)抑制AMPK的激活。經(jīng)過(guò)逐一篩選，作者最終確定了石膽酸這一代謝物。

有研究表明，muricholate能干擾其他膽汁酸（如石膽酸）的合成。為排除muricholate可能作為正反饋調(diào)節(jié)器的影響（在CR期間增加LCA含量）。作者利用缺乏Cyp2c基因簇的Cyp2c cluster KO小鼠（無(wú)法合成muricholate）進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，Cyp2c cluster 缺失的小鼠在CR后血清中LCA水平為0.8μM，即CR誘導(dǎo)的LCA的增加與muricholate無(wú)關(guān)。
 

Fig2. CR處理小鼠體內(nèi)的LCA增加，進(jìn)而激活A(yù)MPK。

3、LCA通過(guò)激活A(yù)MPK發(fā)揮抗衰老作用
作者進(jìn)一步探究了LCA是否能起到抗衰的作用。通過(guò)給老年雄鼠和雌鼠喂養(yǎng)為期一月的含有LCA的飲用水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老年小鼠的抓握力、跑步能力、肌肉的損傷修復(fù)能力得到明顯改善，同時(shí)也改善了與年齡相關(guān)的葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗。這表明LCA具有促進(jìn)抗衰的作用。LCA的抗衰作用是否通過(guò)AMPK呢，作者利用了肌肉特異性敲除了AMPKα的小鼠進(jìn)行了進(jìn)一步探究，結(jié)果表明，LCA改善肌肉功能的作用被抑制。以上結(jié)果提示，LCA通過(guò)激活A(yù)MPK發(fā)揮抗衰老作用。
 

Fig3. LCA通過(guò)激活A(yù)MPK發(fā)揮抗衰老作用。

Fig4. LCA通過(guò)AMPK延長(zhǎng)線蟲和果蠅的壽命。

總的來(lái)說(shuō)，林圣彩院士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)石膽酸（LCA）在哺乳動(dòng)物的熱量限制過(guò)程中積累，并能夠激活A(yù)MP活化蛋白激酶（AMPK），從而延緩衰老。并在另一篇Nature文章中對(duì)LCA如何激活A(yù)MPK并引發(fā)這些生物學(xué)效應(yīng)的分子機(jī)制做了具體探索，即LCA通過(guò)增強(qiáng)去乙�；�酶（乙酰化酶）的活性，進(jìn)而去乙�；�并抑制液泡H⁺-ATP酶（v-ATPase），從而通過(guò)溶酶體葡萄糖感知途徑激活A(yù)MPK。由于篇幅有限，這里不做詳細(xì)介紹，感興趣的朋友可以查詢下方鏈接。
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08329-5#Sec3
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08348-2#Sec3

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