脑细胞保护肌肉不萎缩

时间:2020-02-27 17:57 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

脑细胞保护肌肉不萎缩

虽然我们很多人都担心随着年龄的增长,大脑中的蛋白质会聚集,从而可能导致阿尔茨海默氏症或其他类型的神经退化,但我们可能没有意识到,同样的一些蛋白质也会聚集在我们的肌肉中,导致我们在老年时肌肉萎缩。

加州大学伯克利分校的科学家们现在发现,至少在蠕虫(秀丽线虫)和老鼠身上,脑细胞可以帮助清除这些缠结并延长寿命。这可能会产生改善肌肉健康或延长健康人类寿命的药物。

该研究小组的最新发现发表在1月24日的《科学》(Science)杂志上,发现蛔虫大脑中仅有4个神经胶质细胞控制着全身细胞的应激反应,并将蛔虫的寿命延长了75%。这是一个惊喜,因为神经胶质细胞通常被认为是神经元的支持细胞,而神经元才是大脑真正的工作,比如学习和记忆。

2013年,加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的研究小组报告称,神经元有助于调节外周细胞的应激反应,尽管方式与神经胶质细胞不同,但可以延长蠕虫约25%的寿命。在小鼠中,加强神经元调节可使寿命延长约10%。

总之,这些结果描绘了一幅大脑双管齐下保持身体细胞健康的画面。当大脑感知到一个有压力的环境时,例如,入侵的细菌或病毒,一部分神经元会向周围细胞发送电信号,使它们被动员起来应对压力,比如通过分解缠结,促进蛋白质的产生和动员储存的脂肪。但由于电信号只产生短暂的反应,神经胶质细胞就会产生一种持久的激素,这种激素可以维持一种长期的抗压力反应。

“我们已经发现,如果我们开启大脑中的这些反应,它们就会与周围环境沟通,以保护整个机体不受自然衰老的影响。”加州大学伯克利分校分子与细胞生物学教授、霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员安德鲁·迪林说:“这种药物可以重新调整新陈代谢,还可以防止蛋白质聚集。”作为这项新研究的结果,“我们认为神经胶质将比神经元更重要。”

虽然秀丽隐杆线虫在进化上与人类还有很长的一段路要走,但胶质细胞在老鼠身上似乎也有类似的作用,这一事实表明,人类的情况可能也是如此。如果是这样,它可能会导致治疗肌肉萎缩和肥胖的药物,并可能延长健康寿命。

“如果你观察患有肌少症的人,或者老年小鼠和人类,你会发现他们的肌肉中有蛋白质聚集,”迪林说。“如果我们能找到这种激素,也许它能让老年人的肌肉质量更高。这是一个巨大的机会。”

斯坦福大学(Stanford University)的两名科学家贾森·韦恩·米克拉斯(Jason Wayne Miklas)和安妮·布鲁内特(Anne Brunet)在1月24日的《科学》(Science)杂志上发表的一篇评论文章中也表达了同样的观点。他们写道:“了解神经胶质细胞如何对压力做出反应,以及它们分泌何种神经肽,可能有助于确定在衰老和与年龄相关的疾病期间维持或重新平衡这些通路的具体治疗措施。”

如何延长寿命

Dillin研究的是衰老至死亡时全身细胞似乎同时发生的退化。他已经在蠕虫和老鼠身上证明,大脑释放的激素和神经递质通过激活体内细胞的应激反应并调整它们的新陈代谢来抑制这种破坏。这种反应可能源于对抗感染,其副作用是保持组织健康和延长寿命。为什么随着年龄的增长,我们的细胞不再对这些信号做出反应是一个大问题。

在过去的十年中,他和他的同事们发现了三种蠕虫用来保持细胞健康的技术,从而延长了它们的寿命。例如,激活身体的热休克反应可以保护细胞的细胞质。刺激展开的蛋白质反应保护细胞产生能量的结构,即线粒体。未展开的蛋白质反应是细胞确保蛋白质具有适当的三维结构的一种方式,这对细胞内的正常功能至关重要。

他的最新发现是,神经胶质以及神经元刺激内质网(ER)的未折叠蛋白反应。内质网是一种细胞结构,它承载着制造蛋白质的核糖体,据估计,内质网每分钟负责多达1300万个蛋白质的折叠和成熟。

迪林说:“我们所做的大量工作已经发现,大脑的某些部分控制着动物其他部分的衰老,从蠕虫到老鼠,可能还有人类。”

另外两种干预措施也可以延长蠕虫的寿命:饮食限制,这可能会发挥其他抗衰老机制的作用,以及减少一种名为胰岛素样生长因子(IGF-1)的激素的产生。

迪林的发现已经带来了治疗疾病的新方法。他与人合作创办了一家公司Mitobridge Inc.(最近被Astellas Pharma Inc.收购),其基础是发现某些蛋白质有助于调节线粒体。该公司开发的一种药物目前正处于II期临床试验阶段,用于治疗突然失效(如手术期间)后肾脏重新启动所造成的损害。

他与人合作创办了另一家公司Proteostatis Therapeutics,以开发一种治疗囊性纤维化的方法,该方法的基础是激活囊性纤维化患者体内的展开蛋白反应,以修复离子通道。

关于神经递质和激素如何影响内质网的新发现可能会对肌肉萎缩的疾病产生影响,如亨廷顿舞蹈症和肌囊炎。

神经胶质细胞

在2013年,Dillin和他的同事们发现,在蠕虫大脑的感觉神经细胞中增加一种名为xbp-1s的蛋白质的表达,可以促进蠕虫体内错误折叠的蛋白质反应。不久之后,博士后阿什利·弗雷克斯(Ashley Frakes)决定看看包裹着这些神经元的神经胶质细胞是否也参与了实验。当她在这些胶质细胞的一个亚群(头状星形细胞样鞘胶质细胞,或CEPsh)中过度表达相同的蛋白质xbp-1s时,她发现了对外围细胞更大的影响,这是通过它们如何应对高脂肪饮食来衡量的。

弗雷克斯发现了引起ER反应的四种CEPsh神经胶质,因为秀丽隐杆线虫的身体已经得到了很好的研究。整个蠕虫只有959个细胞,其中神经细胞302个,胶质细胞56个。

CEP神经元和CEPsh胶质细胞的工作方式不同,但更重要的是,当蠕虫变瘦,寿命是没有高脂肪饮食保护的蠕虫的两倍时,它们能改善新陈代谢,清除蛋白质聚集。

Dillin说:“仅仅几个细胞就能控制整个生物体的未来,这一事实令人难以置信。”“在促进这种反应方面,神经胶质的效果是神经元的10倍,在延长寿命方面则是神经元的两倍。”

Frakes目前正在试图确定这些胶质细胞产生的激素信号,第一步找到激活反应细胞功能下降,或许创建一个药物调节人体细胞和延缓衰老的影响,肥胖或其他类型的压力。

弗雷克斯还发现,这些蠕虫之所以变瘦,是因为它们以脂滴形式储存的脂肪被转化成了内质网。另一个在德克萨斯州的研究小组发现,激活小鼠神经元中的xbp-1也有减少脂肪储存和减肥的效果,保护它们免受高脂肪饮食的影响,并延长它们的寿命。

迪林说:“当他们在神经元中激活它时,他们看到肝脏在去除脂肪,重新分配代谢需求。”“我想我们在人类身上也会看到同样的事情。”

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