2020年生物谷的重大贡献|老龄领域重要研究成果解读！
导语：生物谷2020年终盘点上线倒计时3天！
年底，2020年即将结束，我们将迎来全新的2021年。在即将到来的2020年，科学家们在衰老研究领域取得了许多重要的研究成果。在本文中，边肖将整理并与大家分享今年科学家在这一领域取得的重大研究成果！
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【1】Science：抑制特殊分子或有望逆转肌肉衰老
doi:10.1126/science.abc8059
骨骼肌占人体质量的40%。随着年龄的增长，骨骼肌的结构和功能也会发生变化。50岁以后，人体每十年平均会失去15-30%的肌肉质量，肌肉力量也会急剧下降。这种伴有弥漫性肌萎缩和力量丧失的肌营养不良不仅降低了老年人的生活质量，也造成了沉重的医疗负担。然而，仍然没有治疗靶点和经批准的有效疗法来延迟或逆转肌营养不良。最近，斯坦福大学的研究人员在《科学》杂志上发表了一篇文章，发现降低一种15-PGDH蛋白质的活性一个月可以恢复老化肌肉的质量和力量。相反，在幼鼠中增加这种蛋白的表达会导致肌肉萎缩。
在衰老过程中，骨骼肌功能的丧失主要是由细胞与细胞的相互作用以及与炎症、蛋白质更新和线粒体功能有关的异常细胞信号通路引起的。在以前的研究中，研究人员发现一种叫做前列腺素E2(PGE2)的分子可以激活肌肉干细胞(MuSCs)，这对受损肌肉纤维的修复和再生非常重要。推测PGE2也可能作用于成熟肌纤维，维持肌肉组织的动态平衡。
【2】Aging：高压氧治疗或能在细胞水平上有效逆转机体的衰老过程
doi:10.18632/老化. 202188
最近，在国际杂志《衰老》发表的一份研究报告中，特拉维夫大学和以色列其他机构的科学家通过研究表示，高压氧治疗(HBOT)可以阻断血细胞的衰老，逆转身体的衰老过程。在生物学意义上，随着治疗的进展，成年人身体的血细胞实际上会变得更年轻。
研究人员发现，在压力舱中用高压氧进行特殊处理，可以逆转与衰老和疾病发生有关的两个主要生理过程，即端粒(每条染色体末端的保护区)的缩短和体内衰老和功能障碍细胞的积累。通过聚焦于含有患者血液中DNA的免疫细胞，研究人员发现，细胞中染色体的端粒延长了38%，衰老细胞的积累减少了37%。埃弗拉蒂教授解释说，多年来，他的研究团队一直从事高压的研究及其疗法的开发。这项研究基于在压力舱中暴露于不同浓度的高压氧。多年来的研究结果包括改善年龄、中风或脑损伤引起的脑功能衰退。
【3】Nat Immunol：科学家揭示了一种新型的遗传特质 或能保护人类机体免疫系统免于衰老
最近，在国际期刊《自然免疫学》上发表的一份研究报告中，波恩大学等机构的科学家发现，在胚胎心脏发育中起关键作用的一种遗传性状(遗传倾向)似乎在人类免疫系统的功能中起着关键作用。当基因不够活跃时，免疫防御系统会改变其特性，从而导致其失败。医生经常提到的免疫系统老化也可以在老年人身上观察到类似的效果。从中期来看，这项研究的结果可能有助于降低人口中与年龄相关的疾病的发病率。
据研究人员称，CRELD1基因一直是科学家们的一个谜，它在胚胎心脏的发育中起着重要作用。但是，CRELD1在出生后仍然活跃在体内。一些研究表明，几乎身体的所有细胞都有规律地产生Creld1。然而，研究人员以前对这种基因的功能知之甚少。在这项研究中，研究人员使用了一种新的方法来回答这个问题。如今，对人类参与者的科学研究通常使用所谓的转录组学分析技术。基于这些方法，研究人员可以确定哪些基因在他们的测试对象中是活跃的。
【4】Nature：谷氨酰胺防止肌肉受伤和衰老
最近，在发表在国际杂志《自然》上的一份研究报告中，来自VIB癌症生物中心的研究人员揭示了炎症细胞和肌肉干细胞之间新的代谢对话。研究人员已经表明，在肌肉退化(如创伤、缺血和衰老)的实验模型中，用GLUD1抑制剂增强这种代谢串扰可以促进谷氨酰胺的释放，并改善肌肉再生和身体功能。除了转化的潜力之外，这项工作还在包括肌肉生物学、免疫代谢和干细胞生物学在内的许多研究领域取得了重要进展。
骨骼肌帮助我们的身体运动，但它也是以蛋白质的形式储存的大量氨基酸，会影响整个人体的能量和蛋白质代谢。氨基酸谷氨酰胺的功能被认为是肌肉代谢的关键，因为它含量丰富。然而，其在创伤后或慢性肌肉退行性疾病期间的确切效果在很大程度上被忽视。研究小组观察到，由于损伤或衰老过程中肌肉组织死亡，肌肉中谷氨酰胺的正常水平降低。研究人员确定了受伤后到达的炎症细胞和驻留在那里的肌肉干细胞之间的代谢对话。这种细胞串扰可以重建肌肉中谷氨酰胺的原始水平，并在此过程中促进肌肉纤维的再生。
【5】Nature：揭示一种新的阻止细胞过早衰老机制
众所周知，染色体末端积累的分子在防止DNA损伤方面起着关键作用。现在，在一项新的研究中，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员揭示了这些分子是如何靶向染色体的特定部分的——这一发现可能有助于更好地理解衰老和癌症中调节细胞存活的过程，相关研究结果最近发表在《自然》杂志上。就像鞋带两端的金属饰品可以防止鞋带末端磨损一样，被称为端粒的DNA片段在染色体末端形成保护帽。但随着细胞分裂，端粒变得越来越短，降低了保护帽的作用。一旦端粒变得太短，细胞就会停止分裂。端粒缩短和功能障碍与细胞衰老和包括癌症在内的年龄相关疾病有关。
科学家已经知道一种叫做TERRA的RNA分子有助于调节端粒的长度和功能。2007年，洛桑联邦理工学院Joachim Lingner教授研究团队的博士后研究员克劳斯阿扎林(Claus Azzalin)发现了TERRA，它属于非编码RNA(ncRNA)。ncRNA不表达蛋白质，但作为染色体的结构成分。TERRA在染色体末端积累，表明端粒应该延长或修复。
图片来源：巴塞尔大学生物中心
【6】Nat Commun：雷帕霉素新用途！或能抑制机体衰老相关的肌萎缩并抑制肌少症发生
随着人类预期寿命的延长，与年龄相关的疾病的发病率也在增加，包括肌肉减少症，这是一种由衰老引起的肌肉减少。最近，在国际杂志《自然通讯》(Nature Communications)上发表的一份研究报告中，巴塞尔大学和其他机构的科学家发现，雷帕霉素这种常见的药物可能会减缓与年龄相关的重症肌无力的进展。
即使在人类精力最旺盛的时候，身体的肌肉也会开始萎缩，变得不那么强壮。不幸的是，这是衰老的自然过程。对某些人来说，肌肉质量和功能的下降是过度的。肌减少症会影响每两三个80岁以上的人，降低他们的活动能力、自主能力和生活质量。导致肌肉减少的原因很多，包括肌肉代谢的变化到支持肌肉功能的神经变化。研究人员发现，mTORC1可能有助于促进肌肉减少症的发生，而著名药物雷帕霉素可以抑制和减缓与年龄相关的肌肉萎缩。
【7】Sci Adv：新疗法可扭转衰老
doi:10.1126/sciadv.aaw7824
在最近的一项研究中，KAIST的研究人员能够通过改变fo line蠕虫细胞中的蛋白质活性来延长或缩短生物的寿命，这为开发长寿药物提供了一种有趣的可能性。这些新发现最近发表在《科学进展》杂志上。
VRK-1和AMPK在线虫细胞中连续工作。前者通过激活后者并附着由磷和四个氧原子组成的磷酸盐分子来起作用。相反，当细胞能量不足时，AMPK的作用是监测细胞中的能量水平。本质上，VRK-1调节AMPK，而AMPK调节细胞的能量状态。利用一系列不同的生物学研究工具，包括将外源基因导入线虫体内，以KAIST生物科学系的Seung-Jae V. Lee教授为首的一批研究人员可以增加和减少这种基因的活性。
这项研究的主要作者桑松帕克和他的同事们证实，VRK-1蛋白的过度表达或产量的增加可以通过抑制VRK-1的活性来延长线虫的寿命并缩短其使用寿命。研究小组发现，在低细胞能量状态下，线粒体呼吸减少，这增加了VRK-1对AMPK细胞能量监测过程的活性。
【8】Science：科学家发现机体衰老的两种途径 并为有效促进机体长寿提供了新见解
doi:10.1126/science.aax9552
几天前，在国际期刊《科学》(Science)上发表的一份名为“可编程的命运决定景观基础”的研究报告中，加州大学和其他机构的科学家解开了衰老之谜背后的关键机制。研究人员发现了细胞衰老过程中的两种不同途径，并设计了一种新的方法来对这些过程进行基因编程，以延长生物体的寿命。
我们人类的生命是由我们细胞的衰老决定的。为了了解不同的细胞是否会以相同的速度、出于相同的原因老化，研究人员研究了酿酒酵母的老化，这是一个研究老化机制(包括皮肤和干细胞的老化途径)的可控模型。研究人员发现，携带相同遗传物质并生活在相同环境中的细胞会以不同的方式老化，它们的命运将通过不同的分子和细胞轨迹展开。在使用微流体、计算机模型和其他技术后，研究人员发现，大约一半的细胞会随着核仁稳定性的下降而老化。核仁是核DNA的一个特殊区域，蛋白质工厂的关键成分就是在这个区域合成的。相比之下，另一半细胞由于线粒体功能障碍而老化。
【9】Science：运动使肝脏产生抗衰老蛋白质！运动的个体的血液可让大脑更年轻！
doi:10.1126/science.aaw2622
众所周知，运动可以让思维更敏锐：运动的人和老鼠在认知测试中表现更好，经常运动的老年人患痴呆症的风险更低。现在，在一项惊人的发现中，研究人员报告说，经常锻炼的老鼠的血液可以激活久坐老鼠的大脑，相关研究结果最近发表在《科学》杂志上。这种效果可以追溯到血液中一种特殊的肝脏蛋白质，可以为那些很少离开椅子或床的老年人或体弱者提供一种药物，这种药物可以通过锻炼使大脑受益。你的大脑会认为你只是因为血液中的某种物质而在运动吗？'
这项研究源于维尔达实验室和其他实验室的一些研究，这些研究表明年轻小鼠的血液可以使年老小鼠的大脑和肌肉恢复活力。一些研究小组声称发现了特殊的蛋白质，可以解释这种“年轻血液”的好处。维勒达集团的研究生阿拉娜霍洛维茨和博士后范想知道锻炼是否能通过血液带来类似的好处，而不仅仅是年轻的身体。
【10】Cell Stem Cell：揭示成体干细胞稳态和衰老昼夜节律调节的机制
doi:10.1016/j.stem.2020.05.002
最近，在国际期刊《细胞干细胞》发表的题为《成人干细胞体内平衡与衰老的昼夜节律调控》的研究报告中，西班牙巴塞罗那理工学院的科学家通过研究揭示了成人干细胞稳态与衰老的昼夜节律调控机制；昼夜节律钟可以及时组织全天的细胞生理活动，从而可以预测日常环境变化，将潜在的有害生理过程暂时分离。通过在组织水平上同步所有细胞，昼夜节律钟可以确保时间生物体一致的生理特征。研究人员最近研究了成人干细胞的生理特征，表明干细胞昼夜节律时钟的老化和紊乱密切交织在一起。
在这篇综述文章中，研究人员揭示了昼夜节律钟调节成人干细胞功能的机制，以及昼夜节律钟的变化如何调节决定成人干细胞在衰老过程中稳定状态的内部和外部机制。本文讨论了成体干细胞的昼夜节律和栖息地，成体干细胞栖息地昼夜节律系统的线索，成体干细胞的衰老和昼夜节律钟，衰老系统昼夜节律网络，昼夜节律钟的干扰和成体干细胞的衰老。
图片来源：自然
【11】Nature：重大突破！科学家有望利用CAR-T细胞治疗衰老！
衰老是细胞衰老的标志，导致许多疾病。一种将免疫细胞靶向衰老细胞的新方法可能提供更好的治疗选择。衰老是细胞应激反应的一种形式。在某些情况下，它可能是有害的，人们正在努力开发衰老细胞的疗法。在《自然》杂志上，Amor等人描述了一种选择性去除小鼠衰老细胞的方法。进入衰老会稳定地停止细胞周期，防止衰老、损伤或癌前细胞分裂。衰老细胞分泌一种复杂的鸡尾酒因子，这种因子驱动一种叫做衰老相关分泌表型的反应(SASP)。这样可以募集免疫系统中的T细胞和NK细胞，促进衰老细胞的消除。在这些条件下，衰老是暂时的，对生物体是有益的。
然而，当衰老细胞留下时，它们会促进慢性炎症，导致与年龄相关的疾病，如动脉粥样硬化、癌症和纤维化(一种组织疤痕)。因此，消除衰老细胞已成为一种有前途的治疗策略。在小鼠中，消除衰老细胞可以改善许多疾病的结局，延长寿命。一种针对衰老细胞的可能方法是使用选择性杀死它们的药物，称为衰老药物。阿莫尔和他的同事采用了不同的方法，他们受到正常情况下免疫细胞参与消除衰老细胞的启发。
【12】Science：大脑成像揭示衰老的奥秘
doi:10.1126/science.aba3163
在最近的一项研究中，科学家首次捕捉到不同年龄小鼠大脑的完整彩色图片，这是理解个体行为的重要一步。发表在《科学》杂志上的相关研究结果对于揭示学习障碍和痴呆症的机制以及记忆如何受到年龄的影响至关重要。突触是脑细胞之间传递电和化学信息的重要连接。突触损伤与130多种脑部疾病有关。在这项研究中，爱丁堡大学的研究人员对不同类型的分子进行了颜色编码，以突出不同年龄小鼠从出生到老年大脑中突触的范围。
他们发现大脑不同部位突触的数量和分子组成随着年龄的变化而变化。这发生在三个主要阶段，即童年、中年和老年。突触的类型随着年龄的变化而变化，这是大脑区域的一种独特模式，在中年时发展成各种形式。来自中年大脑的图像的复杂性表明，此时突触的多样性很高。相比之下，年轻和年老老鼠的大脑显示出较少的突触和复杂性。
【13】Science：科学家揭示衰老新机制 免疫细胞缺陷或会导致衰老
doi:10.1126/science.aax0860
t细胞应该保护我们免受病原体的侵害，但是一项新的老鼠研究表明，它们也可能加速衰老。它可以阻断细胞引起的炎症或增加关键代谢分子的供应，降低啮齿动物衰老相关症状的严重程度，增加这些治疗对老年人有益的可能性。研究人员说，这一发现是一个神奇的结果，它直接将新陈代谢、炎症和衰老联系在一起。他们做了一项非常彻底的工作，以确保是T细胞导致老鼠迅速老化。
随着年龄的增长，我们的T细胞会让我们失望，成为更弱的病原体战士。这种下降有助于解释为什么老年人更容易感染，对疫苗的反应也很差。随着年龄的增长，T细胞会衰退，其中一个原因是细胞中的动力装置线粒体开始失效。t细胞可能不仅反映衰老，还会促进衰老。老年人全身都有慢性炎症，研究人员认为这会刺激衰老。t细胞可能会加速这一过程，因为它们会释放刺激炎症的分子。
【14】Nature：新研究揭示抗衰老靶点
根据发表在《自然》杂志上的一项研究，两种保守的表观遗传调节因子可能是新的抗衰老目标。本研究由中国科学院神经科学研究所脑科学与智能技术卓越中心蔡博士和中国科学院巴斯德研究所蒋鲁斌博士完成。通过使用各种方法和系统，作者发现了衰老的保守负面因素，从而为如何实现健康衰老提供了新的见解。
衰老往往伴随着生理功能的逐渐衰退，是许多慢性病(如阿尔茨海默病、癌症、糖尿病)的主要危险因素。在过去的几十年里，人们在理解长寿调控机制方面取得了很大进展。然而，尽管全球预期寿命有所增加，但预期寿命的延长往往没有伴随着健康寿命的延长。因此，如何实现健康老龄化(即延长健康期)是最重要、最具挑战性的健康问题之一。研究人员说，增加神经递质可以改善老年动物的行为。他们还表明，神经递质水平的变化可能导致个体之间不同的年龄相关衰老率。
【15】Nat Med：慢性炎症如何导致过早衰老？
最近，意大利博洛尼亚大学教授克劳迪奥弗朗切斯基的一项新研究揭示了慢性炎症的潜在机制。作者在《自然医学》发表的文章中指出，包括感染、缺乏体力活动、饮食、环境因素、工业有毒物质和心理压力在内的各种因素都会增加疾病的风险。多年来，研究人员提出了“炎症性衰老”的理论。根据这一理论，衰老是一个全身炎症过程，引起各种与年龄有关的疾病：阿尔茨海默病、动脉粥样硬化、心血管疾病、型糖尿病和癌症。
如今，慢性炎症疾病已成为死亡的主要原因。有足够的证据表明，慢性炎症在人的一生中一直存在，增加了死亡的风险。“免疫衰老”概念的出现，使研究人员能够准确描述人体的免疫功能，比单纯依靠年龄更能准确预测死亡。除了众所周知的炎症生物标志物(如C-反应蛋白、IL-1和IL-6、TNFa)外，科学家还指出有必要研究免疫系统的其他生物标志物，尤其是T、B淋巴细胞、单核细胞等亚群。