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新的研究表明禁食能够提高干细胞的再生能力

发布时间:2018-05-14  点击数:[3]

来自右侧禁食24小时的小鼠的肠干细胞比左侧未禁食的小鼠的干细胞产生更多的大量肠类器官。图片:Maria Mihaylova和Chia-Wei Cheng

随着人们年龄的增长,他们的肠道干细胞开始丧失再生能力。这些干细胞是所有新肠细胞的来源,因此这种下降可能使得从胃肠道感染或影响肠道的其他疾病中恢复更加困难。

根据麻省理工学院生物学家的一项新研究,这种年龄相关的干细胞功能丧失可以通过24小时的快速恢复。研究人员发现,禁食能够显着提高老龄和年轻小鼠的干细胞再生能力。

在禁食小鼠中,细胞开始分解脂肪酸而不是葡萄糖,这种变化刺激干细胞变得更加再生。研究人员发现,他们还可以通过激活相同代谢开关的分子促进再生。研究人员说,这样的干预可能有助于老年人从GI感染或接受化疗的癌症患者中恢复。

“禁食在肠道中有许多作用,包括促进再生以及在任何类型的疾病如感染或癌症等疾病中的潜在用途,”麻省理工学院生物学助理教授Omer Yilmaz说。科赫综合癌症研究所,以及该研究的高级作者之一。 “了解禁食如何改善整体健康状况,包括成体干细胞在肠道再生,修复和衰老中的作用,这是我实验室的根本利益。”

麻省理工学院生物学教授,怀特黑德生物医学研究所和科赫研究所成员David Sabatini也是该论文的高级作者,该论文出现在5月3日出版的Cell Stem Cell / em 。

Sababini说:“这项研究提供了证据表明禁食诱导肠道干细胞的代谢开关,从利用碳水化合物到燃烧脂肪。” “有趣的是,将这些细胞转变为脂肪酸氧化可显着增强其功能。该途径的药理学靶向可以提供改善年龄相关病理学中的组织稳态的治疗机会。“

该论文的主要作者是怀特黑德研究所博士后玛丽亚Mihaylova和科赫研究所博士后郑嘉伟。

促进再生

数十年来,科学家们已经知道低热量摄入与人类和其他生物的寿命延长有关。耶尔马兹和他的同事有兴趣探索空腹在分子水平上,特别是在肠道中的作用。

肠道干细胞负责维持肠道内层,通常每五天更新一次。当发生损伤或感染时,干细胞是修复任何损伤的关键。随着年龄的增长,这些肠道干细胞的再生能力下降,因此肠道恢复需要更长的时间。

“肠道干细胞是肠道的主力,它可以产生更多的干细胞和肠道各种分化细胞类型。值得注意的是,在老化过程中,肠道功能下降,这会损害肠道损伤后修复自身的能力,“Yilmaz说。 “在这一系列的调查中,我们重点了解24小时快速增强年轻和老年肠道干细胞的功能。”

小鼠禁食24小时后,研究人员将肠道干细胞移出并在培养皿中生长,使他们能够确定细胞是否会产生被称为类风湿菌的“小肠”。

研究人员发现,禁食小鼠的干细胞使其再生能力增加了一倍。

Mihaylova说:“禁食对肠腺隐窝形成更多类器官的能力影响非常明显,这是干细胞驱动的。 “这是我们在年轻小鼠和老年小鼠中都看到的,我们真的很想了解推动这一过程的分子机制。”

代谢开关

包括对禁食小鼠的干细胞的信使RNA进行测序的进一步研究揭示,禁食诱导细胞从它们通常的代谢转换,所述代谢将碳水化合物如糖类燃烧为代谢脂肪酸。这种转换通过称为PPAR的转录因子的激活而发生,其开启了参与代谢脂肪酸的许多基因。

研究人员发现,如果他们关闭这条路,禁食不能再促进再生。他们现在计划研究这种代谢开关如何激发干细胞来提高其再生能力。

他们还发现,通过用模拟PPARs作用的分子治疗小鼠,他们可以重现禁食的有益作用。 “这也非常令人惊讶,”郑说。 “只要激活一种代谢途径就足以逆转某些年龄表型。”

犹他大学医学院生物化学教授Jared Rutter将这些发现描述为“有趣而重要的”。

“这篇论文表明,禁食会导致存在于该器官中的干细胞发生代谢变化,从而改变它们的行为以促进更多的细胞分裂。在一组美丽的实验中,作者颠覆了这个系统,在没有禁食的情况下引发了这些代谢变化,并且看到了类似的效果,“Rutter说,他没有参与这项研究。 “这项工作适合于一个快速增长的领域,这表明营养和新陈代谢对细胞的行为有着深远的影响,这可能会导致人类疾病。”

研究结果表明,药物治疗可以刺激再生,而不需要患者禁食,这对大多数人来说是困难的。一个可以从这种治疗中受益的组是接受化疗的癌症患者,这经常伤害肠细胞。它也可以使那些经历肠道感染或其他肠胃疾病的老年人受益,这些疾病会损害肠道内壁。

研究人员计划探索这些治疗的潜在效果,他们也希望研究禁食是否会影响其他类型组织中干细胞的再生能力。

该研究由美国国立卫生研究院,V基金会,Sidney Kimmel学者奖,Pew-Stewart信托学者奖,Kathy和Curt大理石癌症研究基金,麻省理工学院干细胞行动计划,MIT科学基金会,Koch研究所前沿研究计划通过凯西和Curt大理石癌症研究基金,美国老龄化研究联合会,Damon Runyon癌症研究基金会,Robert Black慈善基金会,Koch研究所Ludwig博士后奖学金,Glenn / AFAR老年学突破奖以及霍华德休斯医学研究所。

出版物:Maria M. Mihaylova等人,“空腹激活脂肪酸氧化以增强肠内干细胞功能在稳态和衰老期间”,Cell Stem Cell,2018; DOI:10.1016 / j.stem.2018.04.001

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