禁食增強(qiáng)腸道干細(xì)胞的再生能力

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2018-05-14 10:48:00【大中小】

隨著人們年齡的增加，他們的腸道干細(xì)胞開始喪失再生能力。這些干細(xì)胞是所有新的腸道細(xì)胞的來源，因此這種再生能力下降可能使得從胃腸道感染或影響腸道的其他疾病中康復(fù)過來更加困難。

根據(jù)來自美國麻省理工學(xué)院的研究人員的一項(xiàng)新的研究，這種年齡相關(guān)的腸道干細(xì)胞功能喪失能夠通過24小時(shí)禁食加以逆轉(zhuǎn)。他們發(fā)現(xiàn)禁食顯著地改善年老小鼠和年輕小鼠中的腸道干細(xì)胞再生能力。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年5月3日的Cell Stem Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Fasting Activates Fatty Acid Oxidation to Enhance Intestinal Stem Cell Function during Homeostasis and Aging”。論文通信作者為麻省理工學(xué)院的David M. Sabatini和Ömer H. Yilmaz。論文第一作者為麻省理工學(xué)院的Maria M. Mihaylova和Chia-Wei Cheng。

圖片來自Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2018.04.001。

在禁食小鼠中，細(xì)胞開始分解脂肪酸而不是葡萄糖，這種變化增強(qiáng)腸道干細(xì)胞的再生能力。這些研究人員發(fā)現(xiàn)他們也能夠利用一種激活相同代謝開關(guān)的分子促進(jìn)再生。這些研究人員說，這種干擾能夠潛在地有助于老年人從胃腸道感染中康復(fù)過來，或者讓接受化療的癌癥患者從中受益。

Yilmaz說，“禁食對(duì)腸道產(chǎn)生很多影響，包括促進(jìn)再生和潛在地用于治療影響腸道的任何一種類型的疾病，如感染或癌癥。”

理解禁食如何改善整體健康狀況，包括成體干細(xì)胞在腸道再生、修復(fù)和衰老中的作用，是我的實(shí)驗(yàn)室的基本研究目標(biāo)。”

Sababini說，“這項(xiàng)研究提供證據(jù)證實(shí)禁食激活腸道干細(xì)胞中的一個(gè)代謝開關(guān)，使得它們從利用碳水化合物切換到燃燒脂肪。有趣的是，讓這些干細(xì)胞切換到脂肪酸氧化可顯著增強(qiáng)它們的功能。利用藥物靶向這個(gè)通路可能為改善年齡相關(guān)疾病中的組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)提供治療機(jī)會(huì)。”

促進(jìn)再生

數(shù)十年來，科學(xué)家們已經(jīng)知道低熱量攝入與人類和其他有機(jī)體的壽命延長有關(guān)。Yilmaz和他的同事們對(duì)在分子水平上探究它的影響（特別在腸道中）感興趣。

腸道干細(xì)胞負(fù)責(zé)維持腸道內(nèi)壁（通常每5天自我更新一次）。當(dāng)損傷或感染發(fā)生時(shí)，腸道干細(xì)胞是修復(fù)任何損傷的關(guān)鍵。隨著年齡的增加，這些腸道干細(xì)胞的再生能力下降，因此腸道需要更長的時(shí)間進(jìn)行康復(fù)。

Yilmaz說，“腸道干細(xì)胞是腸道的主力，可產(chǎn)生更多的干細(xì)胞和腸道中的各種類型的分化細(xì)胞。值得注意的是，在衰老過程中，腸道干細(xì)胞功能下降，這會(huì)破壞腸道在遭受損傷后進(jìn)行自我修復(fù)的能力。在這項(xiàng)研究中，我們專注于理解24小時(shí)禁食如何增強(qiáng)年輕的和衰老的腸道干細(xì)胞的功能。”

在小鼠禁食24小時(shí)后，這些研究人員移除腸道干細(xì)胞并在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)它們，允許他們確定這些干細(xì)胞是否能夠產(chǎn)生稱為類器官的“微型小腸（mini-intestine）”。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)，來自禁食小鼠的腸道干細(xì)胞再生能力增加了一倍。

Mihaylova說，“禁食對(duì)腸隱窩形成更多類器官的能力的影響是非常明顯的，其中腸隱窩形成類器官是由腸道干細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的。這是我們?cè)谀贻p小鼠和年老小鼠中都能夠觀察到這種結(jié)果，我們真地想要理解推動(dòng)這一過程的分子機(jī)制。”

代謝開關(guān)

進(jìn)一步研究（包括對(duì)來自禁食小鼠的腸道干細(xì)胞中的mRNA進(jìn)行測(cè)序）揭示出禁食誘導(dǎo)腸道干細(xì)胞從它們通常的燃燒碳水化合物（如糖類）的代謝轉(zhuǎn)換到代謝脂肪酸。這種轉(zhuǎn)換通過激活稱為PPAR的轉(zhuǎn)錄因子而發(fā)生，這種轉(zhuǎn)錄因子開啟很多參與脂肪酸代謝的基因。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)，如果他們關(guān)閉這種代謝通路，那么禁食不再促進(jìn)再生。他們?nèi)缃裼?jì)劃研究這種代謝開關(guān)如何促進(jìn)腸道干細(xì)胞提高它們自己的再生能力。

他們還發(fā)現(xiàn)通過利用一種模擬PPAR作用的分子治療小鼠，他們能夠再現(xiàn)禁食的有益作用。 Cheng 說，“這也是非常令人吃驚的。僅激活一種代謝途徑就足以逆轉(zhuǎn)某些年齡表型。”

這些研究結(jié)果提示著藥物治療可能促進(jìn)再生，而不需要患者禁食，畢竟禁食這對(duì)大多數(shù)人來說是困難的。可能從這種治療中受益的人群是接受化療的癌癥患者，這是因?yàn)榛熃?jīng)常傷害腸道細(xì)胞。它也可能讓那些經(jīng)歷腸道感染或其他的能夠傷害腸道內(nèi)壁的胃腸道疾病的老年人受益。

這些研究人員計(jì)劃探究這些治療的潛在效果，而且他們也希望研究禁食是否會(huì)影響其他組織中的干細(xì)胞的再生能力。

參考資料：

Maria M. Mihaylova, Chia-Wei Cheng, Amanda Q. Cao et al. Fasting Activates Fatty Acid Oxidation to Enhance Intestinal Stem Cell Function during Homeostasis and Aging. Cell Stem Cell, 3 May 2018, 22(5):769–778, doi:10.1016/j.stem.2018.04.001