来源:Biomolecules 发布时间:2022/1/29 19:31:55
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清华大学生命学院罗永章教授团队——年轻且未受损的rMSA改善并延长小鼠的健康生存期 | MDPI Biomolecules

论文标题:Young and Undamaged rMSA Improves the Healthspan and Lifespan of Mice(年轻且未受损的rMSA改善并延长小鼠的健康生存期)

期刊:Biomolecules

作者:Jiaze Tang, Anji Ju, Boya Li, Shaosen Zhang, Yuanchao Gong, Boyuan Ma, Yi Jiang, Hongyi Liu, Yan Fu and Yongzhang Luo

发表时间:12 August 2021

DOI:10.3390/biom11081191

微信链接:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2650041856&idx=1&sn=

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期刊链接:

https://www.mdpi.com/journal/biomolecules

原文作者介绍

罗永章 教授

清华大学

主要研究方向包括:

1. 肿瘤新生血管、新生淋巴管生成调控的分子机理;

2. 肿瘤微环境与肿瘤转移的机理研究;

3. 癌症的早期诊断;

4. 阐明衰老、心血管疾病、阿兹海默症的机理;

5. 从事蛋白质药物及诊断试剂的研发与转化。

长寿是人类亘古不变的美好追求。目前的许多研究表明,衰老的“奥秘”可能存在于血液蛋白质中。其中衰老的部分缘由是蛋白质的损坏或非必要修饰的持续积累,包括自由巯基氧化、羰基化、晚期糖基化终产物形成和同型半胱氨酸化等。来自清华大学生命学院的罗永章教授及其团队在Biomolecules期刊上发表了文章,研究了年轻且未受损的外源rMSA对小鼠健康状态与寿命的影响。

前言

人血清白蛋白 (HSA,UniProtKB P02768) 是血浆中含量最丰富的蛋白质,其血浆半衰期约为21天。HSA的损坏或非必要修饰与许多病理状况有关,并且这些损坏与修饰的程度随着年龄的增长而增加。因此,使用新鲜制备的、没有损伤或非必要修饰的重组血清白蛋白有可能实现健康长寿的目标。

作者以四个指标定义了“年轻且未受损”的概念,适用于任何没有被非必要修饰的蛋白质,即完整的自由巯基 (如果存在)、无羰基化、无晚期糖基化最终产物 (AGE)、无同型半胱氨酸化 (hcy)。在研究中他们采用注射外源重组小鼠血清白蛋白 (rMSA) 的方法,降低了C57BL/6N小鼠血清白蛋白的总体受损伤水平,上述四个指标明显改善。另外,rMSA处理组小鼠的骨骼肌强度和记忆认知能力也有了显著增加,小鼠的寿命显著延长。根据这些结果,作者预测如果能使机体的各种蛋白质均处于年轻且未受损状态,则可以进一步延长健康生存期。

研究内容

外源rMSA处理降低小鼠的总体白蛋白受损程度

作者分别纯化了1.5、12和20月龄的小鼠的内源血清白蛋白,以比较不同月龄小鼠的白蛋白中上述四项指标的差异。结果表明,随着小鼠月龄的增加,血清白蛋白的该四项指标发生了一系列变化:自由巯基水平降低,羰基、AGE和hcy水平升高。而本研究中使用的外源rMSA比来自年轻小鼠的内源血清白蛋白更年轻,甚至比1.5个月龄小鼠的血清白蛋白受损程度更少 (图1a-d),提示rMSA相比于年轻血液来源的白蛋白能够提供更多的保护作用,并表明这四个指标可以监测衰老过程。为了探索年轻的和未受损的外源rMSA的保护作用,每3周用1.5mg rMSA/g体重或等量生理盐水对12月龄的小鼠进行处理,共8个月。检测了最后一次注射后第21天收集的血清样品中纯化的白蛋白的四项指标,rMSA处理的小鼠的白蛋白四个指标均有改善 (图1e–h)。

图1. rMSA处理改善了与衰老相关的四个指标。(a–d) 1.5、12和20月龄小鼠血清样本中rMSA和内源白蛋白的自由巯基 (a)、羰基 (b)、AGE (c) 和hcy (d) 水平。(e–h) 使用了rMSA或等量盐水处理的小鼠内源白蛋白的自由巯基 (e)、羰基 (f)、AGE (g) 和hcy (h) 的水平。

外源rMSA增强小鼠骨骼肌功能以及空间学习能力和记忆力

由于骨骼肌功能障碍在衰老过程中很常见,作者首先分别检测了用外源rMSA和等量生理盐水处理8个月的小鼠抓力的变化。相比于生理盐水,用rMSA处理的雌性小鼠前肢抓力增加29.6%,雄性增加17.4% (图2a, b),而且rMSA处理的小鼠的腓肠肌比生理盐水处理的小鼠重 (图2c),rMSA处理的雌性小鼠的肌纤维横截面积增加79.1% (图2f, g)。另一个评价肌肉力量的重要指标是肌肉耐力的标志物肌球蛋白重链7(MYH7),结果显示用rMSA处理的雄性小鼠比生理盐水处理小鼠的MYH7阳性纤维增加30.5% (图 2i-k)。

图2. rMSA对小鼠骨骼肌功能的影响。(a, b) 雌性 (a) 和雄性 (b) 小鼠的抓力。(c–e) 小鼠雌性+雄性的肌肉重量 (c)、雌性 (d) 和雄性 (e)。(f) 腓肠肌的甲苯胺蓝O染色。(g, h) 雌性 (g) 和雄性 (h) 小鼠肌纤维的横截面积。(i) 小鼠MYH7 (绿色) 和DAPI (蓝色) 的免疫荧光染色。(j, k) 雌性 (j) 和雄性 (k) 小鼠中MYH7的相对水平。

接下来作者采用巴恩斯迷宫测试研究了外源rMSA对衰老相关记忆认知障碍的影响。与生理盐水处理的雄性小鼠相比,rMSA处理的雄性小鼠成功逃逸率增加23.0% (图3a, c),主要逃逸潜伏期减少47.6秒 (图3b, d),所以rMSA处理显著提高了老龄小鼠的空间学习和记忆认知能力。除此以外,作者发现 rMSA处理组雄鼠的磷酸化-tau(p-tau) 水平比生理盐水组降低39.1% (图3e, f)。因此,结果提示注射rMSA可以缓解与年龄相关的神经退行性疾病的症状,例如记忆力和空间学习能力的丧失。

图3. rMSA对小鼠空间学习记忆的影响。(a, b) 雄性小鼠成功逃逸的百分比 (a) 和主要逃逸潜伏期 (b)。(c) 折线图 (a) 各点的平均值。(d) 折线图 (b) 各点的平均值。(e) 小鼠大脑皮层中p-tau的代表性图像。(f–h) 雄性 (f)、雌性 (g) 和雌性+雄性 (h) 小鼠中p-tau (绿色) 和DAPI (蓝色) 的定量结果。

外源rMSA处理延长了小鼠的寿命

为了验证外源rMSA处理是否可以延长小鼠的寿命,作者每3周分别给两组12月龄的中年小鼠注射1.5 mg rMSA/g体重或等量生理盐水直至其死亡。结果显示rMSA处理组小鼠的寿命显著延长 (图4a),其中雌性的中位生存期增加3.4个月(图4b),雄性增加 3.9个月 (图4c);用rMSA处理的小鼠比用生理盐水处理的小鼠具有更光滑和更浓密的皮毛 (图4d)。

图4. rMSA处理延长了小鼠的寿命。(a–c) 两组小鼠的雌性+雄性 (a),雌性 (b) 和雄性 (c) 的总体生存曲线。图中数字标注了中位生存期 (以月为单位) 和百分比增幅。(d) 注射rMSA或生理盐水的老年小鼠的代表性照片。(e) 两组小鼠的体重。

研究结论

作者研究发现寿命与自由巯基、羰基、AGE、hcy这四个主要指标密切相关,并依据这四个指标提出了蛋白“年轻且未受损”的定义。研究结果表明,注射年轻且未受损的外源rMSA显著提高了小鼠的抓力和记忆力,且延长了其寿命。

作者预测,年轻且未受损白蛋白延长寿命的概念也适用于任何其他蛋白质,例如免疫球蛋白等主要的血浆蛋白。理想情况下,如果能使所有的血浆蛋白保持年轻且未受损的状态,则可以最大限度地延长寿命。

Biomolecules 期刊介绍

主编:Dr. Vladimir N. Uversky, University of South Florida, USA

期刊旨在发表包括生物活性和生物源性物质的结构和功能,具有生物学和医学意义的分子机制以及生物材料及其应用等在内的高水平文章。2011年期刊公开发行,自2014年以来,相继被PubMed、 ESCI、 Scopus收录, 2018年被Science Citation Index Expanded (SCIE) 正式收录。

 
 
 
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