研究表明，某些氧化剂可以延缓细胞老化

在高浓度时，活性氧--被称为氧化剂--对所有生物体的细胞都是有害的，并与衰老有关。但是瑞典Chalmers科技大学的一项研究表明，低水平的过氧化氢可以刺激一种有助于延缓酵母细胞老化的酶。

Credit: Martina Butorac/Chalmers University of Technology

抗氧化剂(如维生素C和E)的好处之一，是它们能中和活性氧--它可能与体内的重要分子发生反应，破坏它们的生物学功能。例如，大量的氧化剂会对我们的细胞的DNA、细胞膜和蛋白质造成严重的损害。因此，我们开发了强大的防御机制来清除这些氧化剂，这些氧化剂是在我们正常的新陈代谢过程中形成的。

以前人们总认为氧化剂是有害的，但最近，科学家们开始认识到它们也具有积极的作用。现在，Chalmers科技大学的新研究表明，氧化剂过氧化氢实际上可以延缓酵母细胞的衰老。过氧化氢是一种用于头发和牙齿美白的化学物质。它也是代谢产生的氧化剂之一，在高浓度时也是有害的。

Chalmers的研究人员研究了Tsa1酶，它是一组名为过氧氧化还原素的抗氧化剂的一部分。

“以前对这些酶的研究表明，它们参与了酵母细胞对有害氧化剂的防御，”MikaelMolin说，他是Chalmers生物学和生物工程系研究小组的负责人。“但是当细胞受到热量限制时，过氧化物酶也有助于延长细胞的寿命。但这些功能背后的机制还没有被完全了解。”

研究人员已经知道，减少卡路里摄入可以显著延长各种生物的寿命，从酵母到猴子。Mikael Molin‘s等几个研究小组也表明，当酵母、苍蝇和蠕虫等生物体通过食物获得的热量比正常少时，刺激过氧还原素的活性是减缓细胞衰老的原因。

“现在，我们发现了Tsa1的一个新功能，”Chalmers系统与合成生物学部门的博士后研究员塞西莉亚·皮卡佐(Cecilia Picazo)说。“以前，我们认为这种酶只是中和活性氧。但现在，我们已经证明，Tsa1实际上需要一定量的过氧化氢才能参与延缓酵母细胞老化的过程。”

令人惊讶的是，研究表明Tsa1并不影响老酵母细胞中过氧化氢的水平。相反，当细胞摄取较少的热量时，Tsa1使用少量的过氧化氢来降低中枢信号通路的活性。这一影响最终导致细胞分裂的减缓，以及与形成细胞的组织构成有关的过程。这些细胞对压力的防御也会受到刺激，这会使它们衰老得更慢。

Credit: Mikael Molin/Chalmers University of Technology

MikaelMolin说：“受卡路里摄入影响的信号通路可能通过感知许多细胞过程的状态并控制它们而在衰老过程中发挥中心作用。”通过这方面的研究，我们希望了解为什么如canner、老年痴呆症和糖尿病的发病率随着年龄的增长而急剧增加的原因。

事实上，研究人员现在更接近于理解氧化剂如何真正减缓衰老过程的机制，这一事实可能导致新的研究，例如寻找过氧还蛋白刺激物，这些药物可以增强氧化剂在体内的积极作用。

Chalmers的研究人员已经展示了过氧化物酶Tsa1如何直接控制中央信号通路的机制。它通过氧化另一种酶--蛋白激酶A中的一种氨基酸来延缓衰老，这对代谢调节是很重要的。这种氧化通过破坏与其他分子结合的酶的一部分来降低蛋白激酶A的活性。因此，通过蛋白激酶A的营养信号被减少，这反过来又降低了细胞的分裂，并刺激了他们对压力的防御。

其他研究也表明，低水平的活性氧可能与健康有关。这些氧化剂是在线粒体中形成的，线粒体是细胞的发电站，从酵母到小鼠的许多生物体都可以观察到有丝分裂激素的过程。在小鼠中，肿瘤生长被有丝分裂激素所减缓，而在蛔虫中，过氧氧化还原素和丝裂原激素都可能与二甲双胍延缓细胞衰老的能力有关。

二甲双胍在寻找能够降低老年人受到新冠肺炎严重影响的风险。中美两国的研究已经取得了一些有希望的成果，其中一种理论认为二甲双胍可以抵消衰老引起的免疫系统的恶化。

更多信息：eLife (2020). DOI: 10.7554/eLife.60346