線蟲研究能告訴我們關于人類衰老的奧秘嗎？或許這要比我們想象之中更多，日前一項刊登在國際雜志Frontiers in Molecular Biosciences上的研究報告中，來自Babraham研究所的研究人員通過聯(lián)合研究在秀麗隱桿線蟲體內(nèi)開發(fā)出了一種公認的代謝通量模型，同時研究者還闡明了如何利用這種模型來理解機體代謝和老化之間的關聯(lián)。

圖片來源：Dr. Laetitia Chauve, Babraham Institute.

代謝能夠助力生命，其能將食物轉(zhuǎn)化為細胞各項過程所需要的能量，并確保有機體滿足基本基本元件的供給；更重要的是，代謝在調(diào)節(jié)機體壽命上扮演著關鍵角色，許多已知的能夠延長機體壽命的基因都能通過改變細胞和組織中的能量和信號流動來實現(xiàn)這一目的；而且在包括人類在內(nèi)的有機體中，飲食和嚴格的熱量限制對機體壽命的影響也證明了這種關系。

因為壽命較短（2-3周）及能作為現(xiàn)成的遺傳研究工具，秀麗隱桿線蟲常常是一種調(diào)查機體衰老的最佳生物模型，其擁有和人類非常相似的多種核心代謝通路和關鍵的因素，這些因素在決定線蟲壽命上扮演著關鍵角色。研究者Janna Hastings表示，想要充分發(fā)揮線蟲作為一種研究工具的一個主要障礙就是缺乏統(tǒng)一的模型來理解線蟲機體的代謝模式，為了克服這個問題，研究人員發(fā)起了一項全球合作，將線蟲代謝通路的現(xiàn)有信息和互相沖突的信息協(xié)調(diào)成為一種單一的社區(qū)一致性模型進行研究。

這項研究中，研究人員利用秀麗隱桿線蟲進行研究理解了在機體老化的正常過程中線蟲體內(nèi)代謝的改變情況，以及利用改變代謝流的多種干預性措施如何延長線蟲的壽命和生活質(zhì)量；隨著線蟲年齡的增長，衰老線蟲機體所表現(xiàn)的明顯的生理學改變表明其已經(jīng)喪失了中樞性的代謝能力。研究者所開發(fā)的代謝模型對他們而言很有價值，但目前存在一個關鍵的局限性，這種模型能夠更好地反映線蟲在成長過程中所發(fā)生的一系列事件，而不僅僅是衰老階段。

研究者Olivia Casanueva說道，我們所面對的一個關鍵挑戰(zhàn)就是，現(xiàn)有的模式工具是針對動物或生長過程中的細胞進行優(yōu)化的，而這在衰老過程中或許是并不能發(fā)揮作用的。為了應對這一挑戰(zhàn)，研究者利用來自多組學資源（轉(zhuǎn)錄組學和代謝組學）中的數(shù)據(jù)對模式化工具進行了重新優(yōu)化，同時利用該工具對線蟲衰老過程中的機體代謝流進行了深入研究。

圖片來源：The Babraham Institute

這種模型與理解衰老過程中發(fā)生的代謝變化的相關性在實驗室中能通過研究衰老的線蟲得以驗證，隨后研究者鑒別出了多種代謝產(chǎn)物，其能會隨著線蟲機體的老化而發(fā)生明顯改變，同時也能夠提示線蟲在衰老過程中細胞中線粒體功能的下降。線粒體是細胞中的能量工廠，在老年人中線粒體功能的下降對于機體老化非常關鍵，而且也常與諸如阿爾茲海默病相關的年齡相關疾病的發(fā)病直接相關；研究人員想通過研究確定是否這種新型優(yōu)化的工具能夠幫助預測線粒體所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物是否受年齡影響最大。

研究者Casanueva說道，這種模型預測相當準確，因為其能夠幫助預測，作為能量產(chǎn)生的關鍵來源：草乙酸鹽(Oxaloacetate)在衰老的線蟲中會受到限制。我們都知道，所有的代謝產(chǎn)物都能作為老化線蟲食物來源的補充，而草乙酸鹽是一種能夠產(chǎn)生強大效應的代謝產(chǎn)物，其能將線蟲壽命延長20%。

那么線蟲研究又能告訴我們關于人類衰老什么奧秘呢？最后研究者Casanueva說道，對衰老動物模型的重新優(yōu)化代表了該領域的重大技術(shù)進步，并能夠?qū)⑺ダ线^程中的代謝通量預測地更為準確。通過對衰老實驗模型進行深入研究和理解，我們就可以清楚知曉人類機體中所發(fā)生的事件，這對于人類的健康老齡化至關重要。

原始出處：【1】What can worms tell us about human aging？

February 6， 2019， Babraham Institute

【2】Janna Hastings，Manusnan Suriyalaksh，Olivia Casanueva， et al. Flow with the flux： Systems biology tools predict metabolic drivers of ageing in C. elegans. Current Opinion in Systems Biology， February 2019， doi：10.1016/j.coisb.2018.11.005

【3】Michael Witting， Janna Hastings， Nicolas Rodriguez，et al. Modeling Meets Metabolomics—The WormJam Consensus Model as Basis for Metabolic Studies in the Model Organism Caenorhabditis elegans， Front. Mol. Biosci.14 November 2018 doi：10.3389/fmolb.2018.00096

【4】Janna Hastings， Abraham Mains1， Bhupinder Virk，et al.  Multi-Omics and Genome-Scale Modeling Reveal a Metabolic Shift During C. elegans Aging， Front. Mol. Biosci.， 06 February 2019 doi：10.3389/fmolb.2019.00002

Cell：細胞治療領域觀察者