据2006年3月10日报道,美国萨克生物研究所的研究人员首次证实,在一系列激素引发的分子信号级联中,一种特定的蛋白质能够延长寿命和维持青春,而不会破坏生育、免疫或应激反应等生理机能。该研究发表于3月9日的《细胞》期刊上。
研究负责人、萨克生物研究所分子与细胞生物学实验室助理教授安德鲁·迪林指出,此前研究这类蛋白质对衰老和寿命的益处时,常遇到难以避免的副作用。科学家在模式生物秀丽隐杆线虫中发现了这种蛋白质。由于该信号级联在人类等许多生物中保守存在,这些发现为延长人类寿命提供了新希望:未来或许可以通过医学手段调控这一通路,从而延缓衰老、改善生活质量,同时避免有害影响。
在人类和其他哺乳动物中,该信号级联被称为胰岛素/IGF-1通路,由胰岛素和类胰岛素生长因子-1(IGF-1)触发。IGF-1是儿童生长的关键因子,但在整个生命周期中持续发挥促生长作用;胰岛素则主要调节血糖浓度。当细胞表面的单一受体与胰岛素样信号结合时,线虫中的信号链被激活。
论文第一作者苏占尼·沃尔夫谨慎指出,直接干预人体胰岛素信号以延长寿命会立即引发糖尿病。在线虫中阻断该通路虽能延长寿命,但会破坏幼虫生长和繁殖。因此,关键问题在于能否遗传性地调控该通路的特定要素而不影响其他功能。研究人员发现,由Smk-1基因编码的蛋白质正是目标所在。
迪林早期的研究已暗示存在“特异性”因子,可控制胰岛素/IGF-1如何或是否影响特定靶基因。通过逐一验证这些因子,科学家得以分离胰岛素/IGF-1信号的不同功能,并分别操纵它们而不破坏组织正常功能。迪林团队在线虫中确认了由Smk-1基因编码的蛋白质,它允许研究人员进行调控。沃尔夫称,Smk-1是已知第一种能在不影响胰岛素信号通路其他重要功能的情况下调节寿命的蛋白质。
在有利条件下,一种尚未确认的分子与DAF-2结合(DAF-2是线虫中胰岛素/IGF-1受体的同源物),启动信号级联,最终作用于转录因子DAF-16。DAF-16是一种DNA结合蛋白,可激活其他基因。当DAF-2激活时,DAF-16无法进入细胞核;而当环境恶劣(如营养缺乏、高温、氧化应激等)时,DAF-2信号关闭,DAF-16进入细胞核,启动应激反应基因。如果线虫生活在有利环境中,但DAF-2信号过早关闭,其寿命可从平均20天延长至40天。若以延长寿命换取繁殖减少和幼虫发育停滞,线虫可存活数月,但无繁殖能力。然而,若缺失Smk-1,DAF-16无法减缓衰老,线虫会早逝。沃尔夫解释,这些突变体寿命短是因为不能及时应对氧化胁迫,但能正常抵抗热应激。
迪林总结道,未来人类可能利用这种蛋白质作为工具,在不破坏生理平衡和发育的前提下,研究延长寿命的遗传学和新陈代谢机制。