“七分飽，活到老”這句俗語體現(xiàn)了人們對節(jié)食養(yǎng)生求長壽的深刻理解。在今天，熱量限制（又稱卡路里限制，calorie restriction，CR）正是這種古老智慧的現(xiàn)代詮釋。CR是指在確保營養(yǎng)的前提下減少每日的能量攝入。科學家們正積極探索CR延壽奧秘，尋求既享受美食又健康長壽的途徑。

2024年12月18日廈門大學林圣彩院士團隊在《Nature》雜志上同期發(fā)表了兩篇研究論文“Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction”和“Lithocholic acid binds TULP3 to activate sirtuins and AMPK to slow down ageing”展示了他們的最新研究成果。他們發(fā)現(xiàn)了一種CR的模擬物——石膽酸（Lithocholic acid，LCA），并深入揭示石膽酸參與延長壽命分子機制。

在文章“Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction”中，林圣彩院士團隊針對LCA模擬CR的抗衰老效果進行研究。研究聚焦于能量代謝調控核心調控因子腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK），已知AMPK能參與調節(jié)衰老相關的信號通路，影響細胞過程，故成為尋找CR模擬物的重要目標。

研究人員推測，CR產生的血清代謝物可能具有細胞和機體水平的抗衰老作用。他們發(fā)現(xiàn)，CR處理4個月的小鼠血清能激活AMPK。且56℃熱處理后仍能保持此能力，但透析后激活AMPK能力失效。這表明CR血清中存在一種熱穩(wěn)定的小分子代謝物，能激活AMPK。（圖1）

圖1. CR處理的小鼠血清可激活細胞和小鼠體內的AMPK

研究人員通過對血清進行代謝組學分析，在CR血清中鑒定出LCA為特異性代謝物，并證實LCA在生理濃度下能激活AMPK。研究人員對小鼠進行了LCA干預并檢測，確認LCA干預能夠像CR血清一樣有效地介導AMPK激活。（圖2）

圖2. LCA是CR血清中的AMPK激活因子

研究人員進一步探討LCA對衰老過程的影響。他們發(fā)現(xiàn)，連續(xù)一個月給老年小鼠注射LCA可顯著改善肌肉指標，使小鼠肌肉萎縮程度降低，線粒體功能增強，肌肉功能提升。值得注意的是，接受LCA干預的小鼠并未出現(xiàn)肌肉損失，而肌肉損失在實施CR的小鼠中是一個常見現(xiàn)象。同時，研究還發(fā)現(xiàn)，敲除AMPKα基因會削弱LCA對肌肉功能的改善作用。這些發(fā)現(xiàn)說明LCA能夠通過改善肌肉功能來抵抗衰老過程，且其抗衰老作用依賴于AMPK的激活。（圖3）

圖3. LCA依賴AMPK產生抗衰老作用

已知LCA能夠改善肌肉功能，研究人員繼續(xù)探究LCA是否具有延長壽命的潛力。他們選擇了線蟲和果蠅作為實驗模型，對這兩種生物進行LCA干預。接受LCA處理的線蟲和果蠅平均壽命均顯著長于對照組，且多項健康指標表明LCA能夠有效提升線蟲和果蠅的健康狀況并延長其壽命。（圖4） 

圖4. LCA提高健康水平延長壽命

以上發(fā)現(xiàn)表明LCA可作為一種CR模擬物，通過依賴AMPK的途徑發(fā)揮抗衰老作用。那么LCA是通過什么機制激活AMPK實現(xiàn)抗衰老效果呢？。在“Lithocholic acid binds TULP3 to activate sirtuins and AMPK to slow down ageing”中研究人員詳細闡述了進一步的研究成果。

前期研究可知LCA激活AMPK并不依賴于提高AMP/ATP或ADP/ATP的比例，也不涉及全身鈣離子水平升高，因此他們推測LCA可能是通過溶酶體葡萄糖感知途徑來激活AMPK。在LCA處理后，參與溶酶體葡萄糖感知途徑的關鍵蛋白AXIN和LKB1定位在溶酶體上；v-ATPase活性降低，激活了溶酶體葡萄糖感知途徑；而當v-ATPase的V0域C亞基基因被敲除后，AXIN和LKB1無法與v-ATPase結合，阻斷了LCA誘導的AMPK激活。分析自由進食和CR小鼠的血糖發(fā)現(xiàn)，CR小鼠血糖水平顯著降低，而FBP（糖酵解的中間產物）變化不大。這表明LCA激活AMPK并非通過降低血糖和FBP水平，而是通過低糖傳感器醛縮酶-TRPV軸下游的溶酶體途徑來實現(xiàn)。（圖5）

圖5. LCA激活低糖傳感器醛縮酶-TRPV軸下游的溶酶體AMPK通路

研究人員提出一個假設：v-ATPase的翻譯后修飾可能是LCA介導AMPK激活的起始步驟。質譜分析v-ATPase的21個亞基顯示乙?；侵饕揎?，共識別出263個乙?；馁嚢彼釟埢?。對這263個位點突變分析后，他們發(fā)現(xiàn)V1E1亞基上的K52、K99和K191位點的去乙?；cAMPK的激活密切相關。LCA處理特異性導致V1E1亞基上K99位點的去乙?；?。模擬去乙?；腣1E1突變體能持續(xù)激活AMPK，而模擬乙酰化的突變體則持續(xù)抑制AMPK的激活。這證實LCA通過去乙酰化V1E1抑制v-ATPase活性，進而激活溶酶體AMPK信號通路，實現(xiàn)AMPK激活。（圖6）

圖6. LCA誘導v-ATPase去乙酰化激活AMPK

已知細胞內去乙?；钢饕⊿IRT家族（Sirtuins，包括SIRT1至SIRT7）和HDAC家族（包括HDAC1至HDAC11）。他們發(fā)現(xiàn)在細胞中表達任一Sirtuins成員均能觀察到V1E1亞基去乙酰化現(xiàn)象，而表達HDAC家族蛋白則未能引發(fā)相似變化。當單獨敲除Sirtuins中某一成員時，其他Sirtuins蛋白能夠補償其功能，但當七個Sirtuins蛋白全被敲除時，LCA誘導的V1E1去乙?；约癆MPK激活均被阻斷。此外他們還檢測了LCA對Sirtuins的另一底物組蛋白H3K9位點的去乙?；饔?，結果證實LCA促進了該位點的去乙酰化。這些發(fā)現(xiàn)顯示LCA通過增強Sirtuins蛋白活性促進V1E1亞基的去乙酰化，進而通過溶酶體途徑激活AMPK。（圖7）

圖7. Sirtuins蛋白促進V1E1去乙?；?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)Sirtuins可以被LCA激活，且這一作用不依賴于NAD⁺水平變化。接著研究人員將SIRT1與不同濃度的LCA共同孵化，發(fā)現(xiàn)LCA并未直接激活或直接結合SIRT1。但在細胞裂解物處理之后，加入LCA可提高SIRT1活性。表明LCA是通過細胞裂解物中的某種未知蛋白間接激活Sirtuins。

研究人員從細胞裂解物種下拉SIRT1并對其進行質譜分析，共鑒定出1655個潛在的SIRT1結合蛋白，其中有157個蛋白能與SIRT1發(fā)生免疫共沉淀。進一步檢測他們發(fā)現(xiàn)敲低和敲除Tulp3基因后，細胞對LCA的處理變得不敏感。這證實TULP3是LCA誘導激活AMPK和Sirtuins的必要條件。TULP3與Sirtuins中七個成員蛋白均可相互作用，這種相互作用與LCA無關。結構域映射實驗也揭示TULP3與LCA的特異性結合，結合關鍵區(qū)域對于TULP3結合LCA并激活SIRT1至關重要。綜合以上結果研究人員可知：TULP3是LCA激活SIRT1的關鍵受體，它通過結合LCA并激活SIRT1介導LCA的生物學效應。（圖8）

圖8. TULP3是LCA結合蛋白可激活Sirtuins

隨后研究人員研究TULP3-sirtuin-v-ATPase軸是否在動物模型中介導LCA和CR抗衰老作用。結果顯示肌肉特異性表達的去乙?；疺1E1亞基V1E1（3KR）可激活AMPK，并顯著提升老年小鼠肌肉功能、能量消耗和運動能力。而敲除Ampk或Tulp3(4G)基因時，這些功能并未得到改善。這一發(fā)現(xiàn)有力地證明了TULP3-sirtuin-v-ATPase軸在抵御衰老過程中的關鍵作用。（圖9）

圖9. TULP3-sirtuin-v-ATPase軸在抗衰老中發(fā)揮作用

接下來研究人員采用線蟲和果蠅作為模型生物展開探究。他們發(fā)現(xiàn)敲除線蟲的tub-1基因（TULP3的同源基因）和果蠅的ktub基因（TULP3的同源基因）會抑制LCA激活AMPK的能力，消除LCA的抗衰老功能。當在tub-1基因敲除的線蟲和ktub基因敲除的果蠅中重新引入野生型TULP3時，LCA的抗衰老功能得以恢復。在線蟲和果蠅中表達哺乳動物的V1E1（3KR）亞基，可觀察到AMPK的激活以及個體壽命延長。這些發(fā)現(xiàn)表明，TULP3-sirtuin-v-ATPase軸通過去乙?；痸-ATPase的V1E1亞基，將LCA信號傳遞至AMPK，從而在線蟲、果蠅和小鼠中模擬了CR抗衰老作用。雖然LCA展示了延長健康壽命和改善代謝功能的潛力，但根據(jù)目前的研究結果來看，其在哺乳動物壽命延長中的效果有限。

圖10. LCA模擬CR在TULP3-sirtuin-v-ATPase軸的作用機制

林圣彩團隊經過多年實驗篩選成功發(fā)現(xiàn)了一種模擬熱量限制效果的物質——石膽酸（LCA），并經過大量實驗分析揭示了石膽酸在小鼠、線蟲和果蠅模型中通過TULP3-sirtuin-v-ATPase-AMPK信號通路展現(xiàn)出的抗衰老作用。這一重要發(fā)現(xiàn)為長壽藥物的開發(fā)奠定了新的理論基礎。

但目前石膽酸對人類健康和壽命的具體影響尚不明確，亟需進一步研究來豐富人們對石膽酸的了解，研究人員提醒，高濃度石膽酸可能存在毒性，不建議擅自購買或服用石膽酸。

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