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　　《自然》雜志在線報(bào)道工學(xué)院院友程和平課題組最新研究進(jìn)展

　　近日，《自然》雜志在線報(bào)道了北京大學(xué)工學(xué)院院友、北大分子醫(yī)學(xué)研究所程和平課題組與北京生命科學(xué)研究所董夢秋課題組的最新研究進(jìn)展：3日齡秀麗線蟲中線粒體超氧炫頻率可以預(yù)測其壽命長短。該論文題目為：Mitoflash Frequency in Early Adulthood Predicts lifespan in Caenorhabditis elegans。程和平院士曾于1980-1984年就讀于北京大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與流體力學(xué)專業(yè)，1984-1987年為北京大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與力學(xué)系生物工程專業(yè)研究生，現(xiàn)擔(dān)任北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所高級研究員和鈣信號實(shí)驗(yàn)室主任。

　　北京大學(xué)新聞網(wǎng)報(bào)道了這一成果，全文如下：

　　壽命是可以預(yù)測的嗎?近日，《自然》雜志在線報(bào)道了北大分子醫(yī)學(xué)研究所程和平課題組與北京生命科學(xué)研究所董夢秋課題組的最新研究進(jìn)展：3日齡秀麗線蟲中線粒體超氧炫頻率可以預(yù)測其壽命長短。該論文題目為：Mitoflash Frequency in Early Adulthood Predicts lifespan in Caenorhabditis elegans。

　　線粒體是動(dòng)植物細(xì)胞中廣泛存在的一種細(xì)胞器，掌管能量代謝、應(yīng)激與細(xì)胞凋亡，同時(shí)也是細(xì)胞活性氧自由基生成的主要場所。早在1972 年，Harman就猜想線粒體是驅(qū)動(dòng)衰老生物鐘的核心部件，提出了“線粒體衰老學(xué)說”，即細(xì)胞線粒體自由基損傷的累積導(dǎo)致機(jī)體的衰老。然而，這個(gè)學(xué)說卻一直苦于沒有合適手段來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　2008年，程和平課題組采用新穎的線粒體定位的超氧探針cp-YFP，觀察到單個(gè)線粒體內(nèi)超氧陰離子自發(fā)性爆發(fā)現(xiàn)象，稱之為線粒體超氧炫。細(xì)胞內(nèi)超氧炫在時(shí)間和空間上隨機(jī)發(fā)生，與線粒體呼吸、ATP合成、鈣信號、基礎(chǔ)活性氧水平等緊密相關(guān)。可以說，超氧炫是反映線粒體功能狀態(tài)的“數(shù)字鐘”。

　　超氧炫“數(shù)字鐘”與衰老生物鐘是否偶聯(lián)在一起呢?為了研究這個(gè)問題，作者選取了線蟲作為實(shí)驗(yàn)對象。線蟲平均壽命僅為21天，是衰老研究的常用模型;且其個(gè)體小、通體透明，適于從生到老全程活體觀測。作者構(gòu)建了表達(dá)超氧探針的轉(zhuǎn)基因線蟲，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，線蟲咽部肌肉的線粒體超氧炫在成蟲第3天和第 9天出現(xiàn)兩個(gè)明顯峰值，前者對應(yīng)于線蟲生命周期中繁殖力最活躍、生理機(jī)能最旺盛時(shí)期，而后者則對應(yīng)于線蟲衰老死亡的起始點(diǎn)。

　　不同的基因背景可影響線蟲的平均壽命長短，如daf-2(胰島素受體)突變線蟲平均壽命為39天，而hsf-1(熱休克蛋白轉(zhuǎn)錄因子)突變線蟲僅為15天。通過在29個(gè)不同遺傳背景中進(jìn)行系統(tǒng)研究，作者揭示了3日齡超氧炫頻率與平均壽命呈負(fù)相關(guān)，非線性回歸分析得出59%的壽命變化可以用超氧炫來預(yù)測。除了遺傳背景差異，壽命也受到環(huán)境因素的影響。在26種不同環(huán)境條件下(如限食、熱休克、高糖飼喂等)，超氧炫的頻率可以預(yù)測70%的壽命變化。即使對于同一遺傳背景、同一環(huán)境條件中的群體，它們的個(gè)體壽命受隨機(jī)因素影響而變化，3日齡秀麗線蟲超氧炫頻率依然保持與個(gè)體壽命負(fù)相關(guān)的規(guī)律，而9 日齡超氧炫頻率與個(gè)體壽命則沒有相關(guān)性。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)還解釋了在daf-2突變蟲株中，通過線粒體超氧炫指征的線粒體功能狀態(tài)反映其壽命長短的機(jī)制。

　　超氧炫作為線粒體機(jī)能狀態(tài)參量可以預(yù)測壽命長短變化，尤其是生命早期、機(jī)體功能最旺盛時(shí)的線粒體機(jī)能狀態(tài)與壽命呈負(fù)相關(guān)，這是一個(gè)出人意料的發(fā)現(xiàn)。從生命早期超氧炫“數(shù)字鐘”的節(jié)拍就能推測其衰老生物鐘快慢的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，支持了廣義的線粒體衰老學(xué)說，即線粒體是遺傳、環(huán)境和隨機(jī)因素調(diào)控衰老的一個(gè)共同節(jié)點(diǎn)。與此同時(shí)，該發(fā)現(xiàn)還為程序化衰老學(xué)說(programmed theories of aging)提供了迄今為止最有說服力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

　　用超氧炫“數(shù)字鐘”來一窺衰老的奧秘有望開啟新的研究方向。目前，線蟲上得到的結(jié)論是否可以推廣到高等動(dòng)物，以及如何闡釋相關(guān)性規(guī)律背后的生物學(xué)機(jī)制等，尚有待進(jìn)一步研究。

　　論文共同第一作者為申恩志、宋春青(北京生命科學(xué)研究所，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)籍博士研究生)和林淵(北京大學(xué))，通訊作者為董夢秋(北京生命科學(xué)研究所)和程和平(北京大學(xué))。該項(xiàng)研究得到973及國家自然科學(xué)基金多個(gè)項(xiàng)目的支持。

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