如何健康地老去?相比单纯的延长寿命,人们更希望实现老而不衰,老年时期的生活质量得到改善。过去人们认为长寿和健康衰老密切关联,但最近的一些研究发现二者并不是一回事,一些基因虽然能延长寿命,但并不一定能延缓动物行为功能的退化。那么,哪些基因既能影响寿命,又能够影响衰老过程中的行为能力和认知功能退化呢?这是抗衰老研究领域的重点和难点。
中科院脑科学与智能技术卓越创新中心的蔡时青研究团队综合运用线虫和小鼠这两种模式动物以及人类大脑基因表达数据库,通过全基因组筛选发现新的抗衰老靶标基因,阐明了认知衰老的调控机制,为实现健康衰老提供了新的线索。相关论文“Two conserved epigenetic regulators prevent healthy ageing”于2020年2月26日在线发表在Nature杂志上。
生物学中为了研究一个基因能够发挥什么功能,可以将这个基因从基因组中去除,观察生物体会出现哪些异常,从而可以推测这个基因在生物体中起什么生理功能。当我们想从成千上万的基因中找到特定调控某个生理过程(如发育、衰老等)的基因时,遗传学筛选就是一个非常重要且有效的方法。
在常用于遗传学筛选的模式生物中,研究人员选用了线虫作为研究对象,因为线虫体型微小(身长仅1毫米),易于培养,遗传背景清楚且便于遗传操作,生命周期短,3.5天就可以发育成熟产生后代,整个生命周期大约就是21天。
研究人员检测线虫行为发现缺失baz-2和set-6基因的突变线虫的进食能力等各项行为能力随衰老退化的速度相比野生型线虫要慢得多,同时它们还延长了寿命。
这些结果说明这两个基因是加速衰老的,降低这两个基因的功能可以延缓衰老。研究中通常最困难的不是发现一个生物学现象,而是研究现象背后的生物学机制。刚开始,研究人员探索baz-2和set-6基因分别编码的蛋白BAZ-2和SET-6调节衰老的分子机制时也没有头绪。通过序列分析,他们发现这两个基因可能是表观遗传调控因子。
研究人员发现线虫BAZ-2的人类同源蛋白BAZ2B表达量随衰老增加。为验证降低Baz2b功能是否也能抗衰老,研究人员构建了Baz2b基因敲除的小鼠。经过了漫长的准备阶段,研究人员惊喜地发现降低小鼠Baz2b功能可以减缓小鼠随年龄的体重增加。更重要的是,行为检测的结果表明年老的Baz2b敲除小鼠比野生型小鼠保持了更好的认知能力。说明BAZ2B在哺乳动物中也同样调控衰老进程,是新的抗衰老的靶标基因。
大量研究表明线粒体功能缺陷在阿尔兹海默氏症疾病的发生和发展中起重要作用。阿尔兹海默氏症是引起老年人认知障碍的头号杀手,85岁以上的老年人中有一半可能患上阿尔兹海默氏症,而且目前没有药物能有效治疗这一疾病。由于BAZ2B和SET-6的人类同源蛋白EHMT1跟线虫一样,也能调控线粒体功能,因此,研究人员还探索了这两个抗衰老靶基因在阿尔兹海默氏症中的变化。
他们发现阿尔兹海默氏症病人的大脑中,BAZ2B和EHMT1的表达量与疾病进程呈正相关,和关键线粒体蛋白的表达量则呈负相关。这些结果表明BAZ2B和EHMT1在衰老大脑中表达增加可能是导致阿尔兹海默氏症线粒体功能缺陷的重要原因,并在阿尔兹海默氏症的发生和发展中发挥重要作用。