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美研究者发现,抗衰老治疗可缓解肺纤维化

杜兰大学研究者发现,在特发性肺纤维化患者和老年肺损伤小鼠的肺中,长寿蛋白SIRT3含量显著降低,通过SIRT3基因治疗可缓解老年小鼠年龄相关的肺纤维化。

作者: Patricia, 江苏大学

日本科学家做过一个“神奇”的实验,将海蛞蝓感染寄生虫后,为了自保,海蛞蝓可以“自行斩首”,却没有当即死去,慢慢地竟然重新长出了新的身体。如果不是亲眼所见,科学家们也无法相信,海蛞蝓拥有如此强大的再生能力。然而,科学家们随后发现,这种强大的再生能力只有年轻的海蛞蝓有,老年海蛞蝓的头部和身体断开后,不到10天后就会彻底死亡。

衰老伴随着再生能力受损,人类也不例外。尽管人体没有海蛞蝓如此明显的断尾再生的能力,但在看不见的身体运转中,年轻人的组织损伤再生能力也比老年人强的多。因老年人再生能力差,导致组织受损后无法完全愈合,易发展为纤维化疾病,严重影响了组织器官的功能。其中特发性肺纤维化是一种致命的纤维化疾病,发病平均年龄大约是65-70岁,随着年龄的增长发病率增加,死亡率比绝大多数的癌症还要高,从诊断到死亡的中位时间仅为0.7年1。雪上加霜的是,当前尚无特效药治疗,伴随着大量激素药物的维持,这些老人每一次呼吸都在和死神争夺空气。探索衰老是如何促进纤维化(包括特发性肺纤维化)的发展以及如何治疗这些疾病具有重要意义。

杜兰大学医学院的研究团队在《自然衰老》(Nature Aging)杂志上发表了一篇文章2,提出线粒体去乙酰化酶Sirtuin 3 (SIRT3,也称为“长寿蛋白”)在衰老小鼠肺纤维化中起到关键的调控作用。在特发性肺纤维化患者肺部和老年肺损伤小鼠中,长寿蛋白SIRT3含量均显著降低。通过气道输送高表达SIRT3 cDNA(即通过相关技术将高表达的SIRT3 cDNA送到小鼠气道中,来增加小鼠SIRT3基因表达),可使老年小鼠体内的SIRT3含量得到恢复,从而缓解老年小鼠肺纤维化发生。

再生和纤维化:一枚硬币的两面

在人类和许多有机体的器官中,再生和纤维化是对立的。组织遭受损伤后,组织“再生”几乎可使组织恢复如初;但组织同时会启动修复反应,在愈合损伤同时导致纤维化的发生。一方面,组织再生受损会导致纤维化,另一方面,修复反应导致的纤维化会反过来抑制潜在的再生能力。

当前人类很多无法解决的纤维化疾病,可能正是因为无法“关闭”对组织损伤的修复反应有关。特发性肺纤维化是一种老年人常见的肺部退行性疾病,其特征是成纤维细胞(可促进创面愈合和纤维化形成的一种结缔组织细胞)的持续存在和激活。

在与年龄相关的伤口愈合中,长寿相关基因SIRT3发挥关键调控作用

研究人员采用老年小鼠模型研究了长寿相关基因SIRT3在逆转肺纤维化中的作用。SIRT3是Sirtuin酶家族成员,依赖烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)发挥作用。Sirtuin酶家族成员分布在人体不同细胞中,并通过与靶蛋白结合广泛参与调节细胞生存和健康。其中SIRT3主要位于“细胞的动力工厂”线粒体中,SIRT3活性丧失与加速衰老、癌症及与年龄相关的神经退行性疾病有关。

研究人员先采用博来霉素(一种化疗药物,因其肺毒性高,常于动物研究诱导肺损伤模型中使用)诱导老年小鼠发生肺损伤,发现老年肺损伤小鼠的SIRT3含量显著降低,并且在肺损伤消退阶段仍未能恢复SIRT3含量,导致成纤维细胞的产生,这些成纤维细胞不会经历细胞凋亡,最终发展为肺纤维化。

随后,研究人员将携带Sirt3基因的DNA通过气道递送的方式给到小鼠,来评估Sirt3基因治疗对老年小鼠肺纤维化的影响。结果发现,老年肺损伤小鼠的SIRT3含量得到恢复,且伤口愈合和抗纤维化的能力也恢复到正常水平(详见图1)。

图1:恢复SIRT3含量可治疗年龄相关的持续性肺纤维化
图1:恢复SIRT3含量可治疗年龄相关的持续性肺纤维化

SIRT3调控的抗纤维化作用可能是通过修改和激活成纤维细胞中的FOXO3A(一种促长寿基因,参与许多关键的细胞过程,包括细胞增殖和凋亡),从而恢复成纤维细胞对细胞死亡或凋亡的敏感性。

为了证实SIRT3的抗纤维化作用是通过促进成纤维细胞凋亡实现的,研究人员对SIRT3基因治疗小鼠肺切片上的成纤维细胞死亡(凋亡)数量进行统计,结果发现,SIRT3基因治疗小鼠肺中观察到更多凋亡的成纤维细胞(详见图2)。

图2:恢复SIRT3含量可致肺损伤老年小鼠成纤维细胞凋亡
图2:恢复SIRT3含量可致肺损伤老年小鼠成纤维细胞凋亡

长寿相关基因治疗可逆转肺纤维化

SIRT3在调节组织再生能力方面发挥着关键作用。本研究表明,肺通过摄取气道传递的SIRT3基因,来增加长寿蛋白SIRT3在体内的含量,从而激活成纤维细胞中的FoxO3a基因,促进成纤维细胞凋亡,从而阻止纤维化发生。

图3:SIRT3基因治疗可解决小鼠年龄相关的持续性肺纤维化
图3:SIRT3基因治疗可解决小鼠年龄相关的持续性肺纤维化

目前在人体中的基因治疗技术仍未发展成熟,但通过其他途径恢复老年人体内的SIRT3活性,来逆转器官纤维化的治疗策略或许是可行的。

长寿蛋白SIRT3是NAD+依赖的酶家族,其活性高度依赖NAD+含量。NAD+,全称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,参与多种人体的关键代谢反应,已被多项研究证实可抑制衰老及衰老相关的多种代谢、心血管、免疫方面的疾病。通过补充烟酰胺单核苷酸(NMN)等NAD+前体,来增加长寿蛋白SIRT3活性,或将成为预防甚至缓解老年人肺纤维化的一种新方向。

现在,当老人的肺发生大面积纤维化,变得像石头一样硬,医生只能惋惜地留下一句:尽人事,听天命。而未来,让肺纤维化的老人自由呼吸,或许不再成为奢望。衰老抑制科技的发展犹如摸石过河,所幸,当下已经摸到了指引前方的石头。

参考文献

1. Toby M. Maher,corresponding author1,2 Elisabeth Bendstrup,3 Louis Dron, et al. Global incidence and prevalence of idiopathic pulmonary fibrosis. Respir Res. 2021 Jul 7;22(1):197. doi: 10.1186/s12931-021-01791-z.

2. Rehan, M., Kurundkar, D., Kurundkar, A.R. et al. Restoration of SIRT3 gene expression by airway delivery resolves age-associated persistent lung fibrosis in mice. Nat Aging 1, 205–217 (2021). https://doi.org/10.1038/s43587-021-00027-5

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