7月20日，國際學(xué)術(shù)期刊Aging Cell雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所孫宇研究組題為“Rutin is a potent senomorphic agent to target senescent cells and can improve chemotherapeutic efficacy”的研究成果，揭示了植物化學(xué)小分子Rutin，通過作用于衰老相關(guān)分泌表型SASP發(fā)生發(fā)展過程中的早期信號通路，特異性靶向干擾ATM與HIF1 、ATM與TRAF6之間的協(xié)同互作，從而使得衰老細胞失去SASP這一經(jīng)典特征。
在抗衰老領(lǐng)域，針對衰老細胞實施的特異性裂解是最先在臨床前試驗中彰顯出潛力的干預(yù)療法，可以有效激活衰老細胞的凋亡程序并導(dǎo)致這些細胞迅速死亡。例如，Navitoclax和ABT-737可靶向結(jié)合BCL-2、Bcl-xL以及BCL-w，促使衰老細胞啟動凋亡機器。相比之下，在不根除衰老細胞的情況下抑制SASP表達，則是控制細胞衰老關(guān)鍵表型的另一途徑。經(jīng)典藥物雷帕霉素及其類似物通過抑制mTOR而下調(diào)SASP表達，二甲雙胍亦可通過激活A(yù)MPK而阻斷SASP發(fā)展，有效延長小鼠的健康期和最大壽命并緩解多種增齡相關(guān)疾病。然而，至今這類藥物的品種依然稀少，滿足不了全球日益增長的臨床和亞臨床群體的巨大需求。
通過對一天然藥庫的規(guī)模性篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)個別藥物表現(xiàn)出senomorphics（特異性下調(diào)SASP一類新型抗衰老藥物）特征。其中植物化學(xué)成分Rutin，在篩選過程中可以有效抑制SASP表達，卻不干擾細胞衰老的發(fā)生。體外數(shù)據(jù)表明Rutin可以顯著抑制DDR反應(yīng)，下調(diào)DNA損傷修復(fù)活性；大幅降低衰老細胞中ROS生成水平，即能控制隨細胞衰老而出現(xiàn)的氧化自由基等活性氧的生物合成。盡管從DDR抑制到ROS清除之間的信號級聯(lián)已經(jīng)清晰，但Rutin在DDR上游的準確靶點，依然有待準確解析。
在Rutin處理之后的衰老細胞，表達譜呈現(xiàn)明顯變化。GSEA分析結(jié)果表明，SASP標簽可被Rutin明顯抑制。GO分析結(jié)果顯示，分子功能中的細胞因子活性和基質(zhì)金屬蛋白酶活性均出現(xiàn)顯著下調(diào)。在3733個基因上調(diào)和886個基因下調(diào)的同時，細胞組分和生物過程均出現(xiàn)大幅變化。通過IP和WB分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Rutin能夠分別抑制ATM同TRAF6、ATM和HIF1 之間的相互作用，而前者ATM同TRAF6互作的減弱，也間接造成了TRAF6同TAK1之間的互作出現(xiàn)弱化。同增殖態(tài)細胞相比，衰老細胞呈現(xiàn)出明顯上調(diào)的ROS生成水平，但Rutin可以下調(diào)衰老細胞的這種ROS生成能力。
為了驗證體內(nèi)干預(yù)潛力，研究人員使用基質(zhì)細胞與癌細胞通過組織重構(gòu)形成移植瘤，并開展8周療程的藥物干預(yù)。以米托蒽醌(MIT)為主的化療藥物可以造成免疫缺陷型荷瘤小鼠的腫瘤體積顯著下降，而Rutin一旦同化療聯(lián)合使用則可進一步降低腫瘤體積。一些SASP典型外泌因子如IL6/CXCL8/AREG/IL1 等均出現(xiàn)顯著上調(diào)，但這一現(xiàn)象集中出現(xiàn)在基質(zhì)細胞，而非癌細胞中。為了確定Rutin提高化療藥物抗癌療效的機制，研究人員進一步分析了DNA損傷和細胞凋亡情況。發(fā)現(xiàn)Rutin本身并不改變癌細胞的DNA損傷和細胞凋亡指數(shù)，但卻可以在MIT作用的基礎(chǔ)上進一步促進癌細胞這兩項指數(shù)的上升。隨后進行的Rutin聯(lián)合化療干預(yù)腫瘤的過程中小鼠血清因子分析和用藥安全評估中，發(fā)現(xiàn)MIT治療造成典型的SASP因子如AREG和EREG在小鼠血清水平、蛋白水平顯著上升，但卻可被Rutin大幅逆轉(zhuǎn)。一些肝腎毒理指標，肌酐、尿素、堿性磷酸酶和谷丙轉(zhuǎn)氨酶等均未發(fā)生明顯變化。這些數(shù)據(jù)表明，Rutin具有良好的用藥安全性，并沒有造成顯著的系統(tǒng)毒性。
總體而言，這項研究準確發(fā)現(xiàn)Rutin通過干擾衰老細胞中ATM同TRAF6、ATM同HIF1 之間的互作而阻斷SASP的發(fā)生發(fā)展。這種基于植物化學(xué)小分子的干擾，使得TRAF6和HIF1 所分別介導(dǎo)的促炎性因子的表達受到顯著抑制，即SASP促炎表型的廣譜下調(diào)。在高等生命的晚期階段，衰老細胞在組織器官中所起的作用多數(shù)是有害的，主要通過高度合成與釋放大量促炎性的SASP因子而產(chǎn)生一系列后果。如果從源頭切斷這種病理影響的來源，則能起到“高原截流”的效果，為將來臨床中延長老年個體在晚期階段的健康壽命提供了一種全新的干預(yù)選項。
濱州醫(yī)學(xué)院研究生劉函昕、中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所博士后許奇霞為該論文的共同第一作者。中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所孫宇研究員、美國巴克衰老研究所Judith Campisi資深科學(xué)家和濱州醫(yī)學(xué)院付強教授為論文的共同通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項、上海市科委、中國博士后科學(xué)基金會和上海市超級博士后激勵計劃等資助，以及中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所公共技術(shù)平臺和動物平臺的支持。
圖注： 植物化學(xué)小分子Rutin作為新型抗衰老藥物senomorphics的作用機制和抗衰原理
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.13921
投稿人：孫宇
投稿部門：人類衰老與主動干預(yù)研究組
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