综述: 细胞氧化还原调控与衰老

利用酵母、线虫、果蝇、小鼠等模式生物进行的研究表明,细胞的衰老过程与氧化还原紧密相关.伴随衰老,细胞内GSSG水平升高,GSH、NADPH等水平降低,而氧化还原状态变化将直接影响蛋白质的功能,特别是氧化还原敏感的含巯基蛋白质的功能,从而影响细胞信号转导和细胞命运.氧化还原失衡可能是衰老发生的重要因素.本综述将从氧化还原平衡与衰老、氧化还原调控与信号转导及衰老、氧化损伤与衰老等方面阐述细胞氧化还原调控与衰老研究的最新进展,提出并探讨氧化还原平衡的维持、氧化还原平衡的系统调控及氧化还原调控的个体化等延缓衰老及健康衰老的新策略.     

细胞氧化还原调控与衰老

利用酵母、线虫、果蝇、小鼠等模式生物进行的研究表明,细胞的衰老过程与氧化还原紧密相关.伴随衰老,细胞内GSSG水平升高,GSH、NADPH等水平降低,而氧化还原状态变化将直接影响蛋白质的功能,特别是氧化还原敏感的含巯基蛋白质的功能,从而影响细胞信号转导和细胞命运.氧化还原失衡可能是衰老发生的重要因素.本综述将从氧化还原平衡与衰老、氧化还原调控与信号转导及衰老、氧化损伤与衰老等方面阐述细胞氧化还原调控与衰老研究的最新进展,提出并探讨氧化还原平衡的维持、氧化还原平衡的系统调控及氧化还原调控的个体化等延缓衰老及健康衰老的新策略.     

线粒体稳态失衡与心脏衰老及相关疾病

随着年龄的增长,衰老的心脏会发生左室肥厚、舒张功能不全、瓣膜功能下降、心肌纤维化增加、电传导异常等病理变化.线粒体作为真核细胞中调控代谢的关键细胞器,是细胞内合成ATP的重要场所.由于心脏一刻不停地收缩需要大量ATP提供能量,线粒体稳态对于维持正常的心脏功能至关重要,而线粒体稳态失衡则会导致心脏功能发生异常.本文主要阐述了衰老心脏中线粒体的异常变化,探讨了线粒体形态与数量变化、线粒体代谢异常、线粒体质量控制失衡、线粒体基因组和转录组改变等线粒体稳态失衡在常见衰老相关心脏疾病发生发展中的重要作用,总结了靶向线粒体干预衰老相关心脏疾病的现状与前景,为研究线粒体相关心脏疾病的细胞分子机制,治疗衰老相关的心脏疾病提供新的思路.     

运动训练对小鼠心肌线粒体能量转换功能增龄性改变的影响

目的和方法：以C57BL／6J雄性小鼠跑转笼为运动方式,研究以5月龄开始进行为期8个月或15个月的运动训练对小鼠心肌线粒体能量转换功能的影响。结果：以α－酮戊二酸为底物时,线粒体RCR、ADP／O均呈现随年龄的增加而下降,尤其以衰老晚期（小鼠20月龄）下降明显。结论：衰老过程中氧化磷酸化偶联程度降低,能量产出减少,长期运动训练的小鼠心肌线粒体出现适应性变化,表现为线粒体功能随增龄而下降的程度减小。     

跨组织线粒体应激信号交流调控机体衰老研究进展

线粒体内蛋白质稳态的平衡对于细胞正常的生理功能非常关键。线粒体蛋白稳态失衡时,细胞会启动应激反应机制,即线粒体未折叠蛋白反应(mitochondrial unfolded protein response,UPRmt),修复线粒体功能,平衡细胞内稳态。尽管线粒体的严重损伤对机体是有害的,但在线虫(Caenorhabditis elegans)、果蝇(Drosophila melanogaste)及小鼠(Mus musculus)中都有研究表明线粒体的轻微损伤可以通过激活UPRmt,促进寿命延长。有趣的是,在没有直接经历线粒体损伤的细胞或组织中,UPRmt也能以非自主方式被诱导。不同组织间可以通过名为“mitokine”的细胞因子进行UPRmt的跨组织调控,系统性地协调机体整体的压力适应能力和抗衰老能力。该调控机制与衰老相关神经退行性疾病、癌症等多种疾病密切相关,近年来有关研究与日俱增。本文系统总结了线粒体应激及其组织间通讯的机制,并介绍了跨组织线粒体应激交流信号“mitokine”调控衰老进程的最新研究进展,以期为跨组织信号调控和机体衰老等研究提供参考。     

运动训练调控细胞自噬相关机体功能的分子机制研究进展

细胞自噬是真核细胞中广泛存在的一种自我保护机制,是细胞在应激情况下通过溶酶体或液泡高度保守的降解途径将细胞内异常蛋白和细胞器降解为生物大分子,重新被细胞利用的过程。适度的运动锻炼可以诱导机体多种组织细胞自噬的激活,增强机体的活力,延缓机体的衰老。运动训练可以刺激骨骼肌细胞自噬水平上调,延缓骨骼肌衰老;运动训练作为一种机械性刺激可以通过调节心肌细胞的自噬激活调控长寿命或错误折叠心肌蛋白和受损细胞器的代谢,延缓心肌衰老;此外,细胞自噬与糖尿病、肿瘤、脑血管疾病、衰老及心脏病等密切相关,运动训练可以预防动脉粥样硬化等血管类疾病的发生,也可以通过调控细胞自噬来预防与治疗心脏病、中风、糖尿病等疾病。现主要论述细胞自噬的涵义与分类,细胞自噬不同阶段的分子机制,以及运动训练通过调控细胞自噬相关基因调控骨骼肌、心肌和自噬相关疾病的分子机制,为使用科学的运动训练方式来提高机体功能及预防和治疗疾病提供了理论依据。     

microRNA在衰老性肌萎缩和运动干预中的调节作用

衰老性肌萎缩症是由于衰老所致的骨骼肌质量减少及功能减退的增龄性机能退化症,运动干预是其防治的最有效措施之一。研究表明,microRNAs (miRNAs)作为基因表达的调控因子,通过调节骨骼肌发育(增殖、分化)、线粒体生物发生、蛋白质合成与降解、炎症反应和代谢途径来维持衰老骨骼肌细胞稳态。此外,运动可改变miRNAs表达水平,调节骨骼肌细胞的代谢平衡,从而改善衰老相关的骨骼肌质量、组成和功能的变化。本文综述了miRNAs在衰老性肌萎缩症中的调节机制,阐述在运动条件下miRNAs在衰老性肌萎缩症中的调控作用和分子机制,以期为预防和治疗衰老性肌萎缩症提供新的思路。     

运动调节内质网应激和线粒体自噬防治衰老相关疾病研究进展

随着我国逐渐步入老龄化社会,衰老及其相关疾病的预防和治疗措施已成为研究的热点问题。机体老化引起老年人常见的慢性疾病如阿尔茨海默病、心血管疾病、肌肉减少症和骨质疏松等是影响老年人身体健康和造成死亡的重要威胁。内质网和线粒体是机体蛋白质合成和能量供应的主要细胞器,对于细胞内稳态调节起主导作用,在机体老化过程中细胞内的动态平衡被打破,从而加剧各器官老化,并且伴随着衰老相关疾病发生。而运动作为一种有效的非药物干预手段,对于延缓衰老预防衰老相关疾病的发生起到保护作用。本文从内质网应激、线粒体自噬两个方面入手,综述了衰老相关疾病阿尔兹海默病、心血管疾病、肌肉减少症以及骨质疏松等的相关分子机制,并且阐述运动干预之后各疾病相关分子机制变化,进一步论述了衰老机体中运动调节内质网应激和线粒体自噬及运动干预后发挥保护效应的分子机制,拟为运动延缓机体衰老及预防老年性相关疾病的发生提供新的思路和理论依据。     

Sirtuin在热量限制延长寿命机制中的研究进展

热量限制(caloric restriction, CR)可以引起细胞、生物体寿命延长和降低衰老相关疾病的发生,其中Sirtuin起着关键作用．Sirtuin将机体能量代谢和基因表达调控相偶联,通过赖氨酸去乙酰化改变蛋白质的活性和稳定性,从而调节衰老进程．酵母中度CR影响其复制寿命和时序寿命,主要依赖于激活Sir2,增加细胞内NAD+/NADH的比例和调节尼克酰胺浓度来实现．类似的机制也存在于秀丽线虫和果蝇中．哺乳动物在CR条件下SIRT1蛋白表达应答性上升,细胞中NAM磷酸基转移酶能够直接影响NAM和NAD+浓度,并影响SIRT1活性．NO表达增加能导致SIRT1上调和线粒体合成增加．SIRT1可能通过改变组蛋白、p53、NES1、FOXO等底物蛋白的乙酰化影响到细胞和个体的衰老．表明不同生物体中的Sirtuin及其同源类似物在CR条件下对衰老进程和寿命都起着非常重要的作用．     

植物化合物调控微量营养素稳态代谢的研究进展

微量营养素主要指微量元素及维生素,它们在体内的平衡对维护细胞的正常功能至关重要。最新研究结果提示:一些具有生物活性的植物化合物在体内以多种精密方式有效调控微量营养素稳态代谢,因而可能在微量营养素失衡引发的氧化损伤、炎症反应、免疫失调以及贫血等相关疾病中发挥一定的保护作用。总结国内外近年植物化合物调控微量营养素代谢的研究成果、相关分子机制及有效干预途径,旨在为深入研发植物化合物的预治微量营养素代谢失衡相关疾病方面提供科学依据。     

线粒体形态学改变与细胞凋亡

近年来,对于线粒体形态学以及其在凋亡过程中的改变和作用的研究打破了传统的观点。正常情况下,线粒体在细胞内相互连接成管网状结构,并发生着频繁的融合与分裂。融合和分裂由一系列蛋白质介导,二者之间的动态平衡维持着线粒体的形态和功能。在细胞凋亡的早期,线粒体融合和分裂失平衡,导致线粒体管网状结构碎裂和嵴的重构,这些改变对线粒体随后的变化以及凋亡的发生具有重要的意义。融合和分裂的蛋白质不仅调控线粒体形态和细胞凋亡过程,也和某些凋亡相关疾病有关。此外,促凋亡的Bcl-2蛋白可能通过改变线粒体的构形来调控凋亡过程。     

研究快报：锻炼缓解内质网还原应激从而促进健康衰老

目的 锻炼是延缓衰老的有效策略,本工作的目的在于探索锻炼是如何在细胞器水平影响内质网的氧化还原状态,以及内质网氧化还原状态是否影响个体衰老。方法 利用定位于内质网响应过氧化氢的Hyperion探针检测线虫衰老过程中及经过游泳运动后体壁肌肉内质网的氧化还原状态。通过在线虫内质网中特异过表达哺乳动物过氧化氢酶的同源基因ctl-1构建内质网特异的还原应激模型,研究了内质网还原应激对个体衰老的影响。线虫的健康状态以线虫寿命、身体摆动次数及对压力的响应能力为判断指标进行表征。结果 用Hyperion_ER探针检测发现,衰老线虫的内质网中过氧化氢水平相比与年轻线虫显著降低,表明内质网在衰老过程中发生了还原应激。线虫经过短时90 min游泳运动及长时期4 d （3次+3次+2次+2次,90 min/次）的游泳运动都可以增加内质网的氧化力。相比于对照,内质网还原应激的线虫寿命缩短,身体摆动次数降低,应对压力的响应能力下降,表明内质网还原应激加速线虫衰老。进一步研究发现,长时期的锻炼可以提高内质网的氧化力,缓解衰老相关的内质网还原应激,经过锻炼的第8天的线虫运动活力显著高于未锻炼的第...     

肥胖所致心肌重构及相关线粒体稳态失衡机制研究进展

肥胖是心血管疾病的重要危险因素,可导致心肌重构等多种心血管疾病。肥胖可影响血流动力学、破坏自主神经平衡、诱导脂肪组织功能障碍和线粒体稳态失衡,从而损伤心肌功能。代谢稳态所需的关键生物化学反应主要发生在线粒体中,线粒体稳态是决定细胞活力的关键因素之一。线粒体稳态的平衡由线粒体分裂和融合、线粒体嵴重构、线粒体生物合成、线粒体自噬、线粒体氧化应激等动态过程调节。线粒体分裂和融合以及线粒体嵴形态不断变化以维持线粒体结构的完整性,且线粒体通过生物合成和自噬降解以维持"健康"的线粒体状态,而活性氧簇可作为信号分子调控细胞内信号转导。肥胖时的脂质过度沉积及脂质合成与分解不平衡诱发线粒体结构和功能的稳态失衡,激活细胞凋亡级联反应并导致心肌重塑。本文就肥胖所致心肌重构的可能机制以及线粒体稳态失衡在其中的重要作用作一简要综述,以期为临床上肥胖所致心血管疾病的防治提供重要策略和潜在靶点。     

盟发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L-苹果酸、α-酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP/O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

萌发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L—苹果酸、a—酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP／O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

细胞的氧化还原平衡调控及巯基修饰

生物大分子的功能受细胞氧化还原环境影响和调控,细胞内氧化还原平衡的维持对于细胞的正常生长至关重要,与多种生理和病理过程密切相关。现将细胞内氧化还原平衡体系、氧化还原调控的主要信号通路及生物学过程、活性氧及活性氮通过蛋白质巯基修饰发挥生物学功能的分子机制,尤其是巯基亚硝基化修饰机制,以及还原应激效应的最新研究予以综述。     

运动通过调节SCFAs延缓衰老及其作用机制的研究进展

短链脂肪酸(SCFAs)作为肠道菌群的代谢产物,其水平失衡与衰老以及增龄相关疾病的发生发展关系密切。本文通过归纳、总结近年运动与老年人产SCFAs菌群相关的研究,系统论述运动对SCFAs的影响,以及SCFAs介导运动延缓衰老可能的作用机制。结果显示：运动能优化老年人肠道菌群组成,使产SCFAs菌群占比增加,促进SCFAs产生;运动调控SCFAs延缓衰老的分子机制可能涉及炎症反应、糖脂代谢及细胞自噬等多个方面。(1)炎症状态缓解：SCFAs激活GPR41/GPR43或HDAC抑制NF-κB通路,降低炎症因子水平,缓解炎性衰老。(2)改善糖脂代谢：SCFAs一方面通过GPR41/GPR43受体促进PYY、GLP-1和瘦素释放,加速血糖被骨骼肌或脂肪组织摄取利用;另一方面介导AMPK通路抑制肝脏糖异生,同时通过AMPK通路上调脂肪组织UCP-1/UCP-2等产热蛋白或ATGL等脂解蛋白表达,促进脂肪氧化与分解。(3)影响细胞自噬：SCFAs可经由AMPK/mTOR或PI3K/Akt/mTOR通路调控细胞自噬,改善衰老相关疾病病程。本文以SCFAs为切入点,对运动调控SCFAs表达进而延缓衰老...     

亮氨酰-tRNA合成酶在调控衰老骨骼肌蛋白质合成中的作用与机制

蛋白质代谢平衡紊乱是诱发骨骼肌萎缩的根本原因,蛋白质合成减少则直接导致衰老性骨骼肌萎缩的发生与发展。亮氨酰-tRNA合成酶(leucyl-tRNA synthetase, LeuRS)的经典功能是催化亮氨酸与其同工tRNA之间连接形成氨基酰,在生物体内遗传解码过程中具有重要作用。随着近年对LeuRS蛋白研究的深入,人们认为其可能通过行使非经典功能而在衰老骨骼肌蛋白质代谢稳态调节中发挥关键作用。本文综述了氨基酰-tRNA合成酶和LeuRS的结构与生物学特性,并重点对LeuRS作为细胞内亮氨酸传感器调控衰老骨骼肌细胞蛋白质合成的研究进展进行总结,分析了LeuRS响应运动与氨基酸摄入等合成代谢刺激,活化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1 (mammalian target of rapamycin complex 1, mTORC1)信号转导通路的作用机制,以期为衰老性骨骼肌萎缩的预防和诊治提供新的思路。     

青年和老年人结肠上皮的比较蛋白质组学研究

衰老的大肠上皮不仅多种生理功能下降,而且对大肠癌在内的多种衰老相关的肠道疾病易感性显著增加,但结肠上皮衰老及衰老的结肠上皮对癌症易感的分子机制仍然不清楚.为此,应用双向凝胶电泳(2-DE)技术分离青年人及老年人的正常结肠上皮的总蛋白质,图像分析识别差异表达的蛋白质点,基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)对差异表达的蛋白质点进行鉴定,免疫组化和实时定量(real-timequantitative)PCR检测部分差异蛋白,在青年人和老年人结肠上皮中的表达水平.得到了分辨率较高、重复性较好的青年人和老年人结肠上皮的2-DE图谱,质谱分析鉴定了17个结肠上皮衰老相关的蛋白质,免疫组化和real-timequantitativeRT-PCR证实了部分差异蛋白质的表达水平.研究结果提示,线粒体功能受伤、抗氧化能力下降是结肠上皮衰老的重要原因,4个差异蛋白质即guaninenucleotide-bindingproteinbetasubunit-likeprotein(Rack1)、stress-70protein、40SribosomalproteinSA和chlorideintracellularchannelprotein1可能与衰老的结肠上皮对癌症易感有关.