孫宇研究組發現植物化學小分子Rutin的潛在抗衰老干預治療方案

? ?　7月20日，國際學術期刊Aging Cell雜志在線發表了中國科學院上海營養與健康研究所孫宇研究組題為“Rutin is a potent senomorphic agent to target senescent cells and can improve chemotherapeutic efficacy”的研究成果，揭示了植物化學小分子Rutin，通過作用于衰老相關分泌表型SASP發生發展過程中的早期信號通路，特異性靶向干擾ATM與HIF1α、ATM與TRAF6之間的協同互作，從而使得衰老細胞失去SASP這一經典特征。 　　在抗衰老領域，針對衰老細胞實施的特異性裂解是最先在臨床前試驗中彰顯出潛力的干預療法，可以有效激活衰老細胞的凋亡程序并導致這些細胞迅速死亡。例如，Navitoclax和ABT-737可靶向結合BCL-2、Bcl-xL以及BCL-w，促使衰老細胞啟動凋亡機器。相比之下，在不根除衰老細胞的情況下抑制SASP表達，則是控制細胞衰老關鍵表型的另一途徑。經典藥物雷帕霉素及其類似物通過抑制mTOR而下調SASP表達，二甲雙胍亦可通過激活AMPK而阻斷SASP發展，有效延長小鼠的健康期和最大壽命并緩解多種增齡相關疾病。然而，至今這類藥物的品種依然稀少，滿足不了全球日益增長的臨床和亞臨床群體的巨大需求。 　　通過對一天然藥庫的規模性篩選，研究人員發現個別藥物表現出senomorphics（特異性下調SASP一類新型抗衰老藥物）特征。其中植物化學成分Rutin，在篩選過程中可以有效抑制SASP表達，卻不干擾細胞衰老的發生。體外數據表明Rutin可以顯著抑制DDR反應，下調DNA損傷修復活性；大幅降低衰老細胞中ROS生成水平，即能控制隨細胞衰老而出現的氧化自由基等活性氧的生物合成。盡管從DDR抑制到ROS清除之間的信號級聯已經清晰，但Rutin在DDR上游的準確靶點，依然有待準確解析。 　　在Rutin處理之后的衰老細胞，表達譜呈現明顯變化。GSEA分析結果表明，SASP標簽可被Rutin明顯抑制。GO分析結果顯示，分子功能中的細胞因子活性和基質金屬蛋白酶活性均出現顯著下調。在3733個基因上調和886個基因下調的同時，細胞組分和生物過程均出現大幅變化。通過IP和WB分析，研究人員發現Rutin能夠分別抑制ATM同TRAF6、ATM和HIF1α之間的相互作用，而前者ATM同TRAF6互作的減弱，也間接造成了TRAF6同TAK1之間的互作出現弱化。同增殖態細胞相比，衰老細胞呈現出明顯上調的ROS生成水平，但Rutin可以下調衰老細胞的這種ROS生成能力。 　　為了驗證體內干預潛力，研究人員使用基質細胞與癌細胞通過組織重構形成移植瘤，并開展8周療程的藥物干預。以米托蒽醌(MIT)為主的化療藥物可以造成免疫缺陷型荷瘤小鼠的腫瘤體積顯著下降，而Rutin一旦同化療聯合使用則可進一步降低腫瘤體積。一些SASP典型外泌因子如IL6/CXCL8/AREG/IL1α等均出現顯著上調，但這一現象集中出現在基質細胞，而非癌細胞中。為了確定Rutin提高化療藥物抗癌療效的機制，研究人員進一步分析了DNA損傷和細胞凋亡情況。發現Rutin本身并不改變癌細胞的DNA損傷和細胞凋亡指數，但卻可以在MIT作用的基礎上進一步促進癌細胞這兩項指數的上升。隨后進行的Rutin聯合化療干預腫瘤的過程中小鼠血清因子分析和用藥安全評估中，發現MIT治療造成典型的SASP因子如AREG和EREG在小鼠血清水平、蛋白水平顯著上升，但卻可被Rutin大幅逆轉。一些肝腎毒理指標，肌酐、尿素、堿性磷酸酶和谷丙轉氨酶等均未發生明顯變化。這些數據表明，Rutin具有良好的用藥安全性，并沒有造成顯著的系統毒性。 　　總體而言，這項研究準確發現Rutin通過干擾衰老細胞中ATM同TRAF6、ATM同HIF1α之間的互作而阻斷SASP的發生發展。這種基于植物化學小分子的干擾，使得TRAF6和HIF1α所分別介導的促炎性因子的表達受到顯著抑制，即SASP促炎表型的廣譜下調。在高等生命的晚期階段，衰老細胞在組織器官中所起的作用多數是有害的，主要通過高度合成與釋放大量促炎性的SASP因子而產生一系列后果。如果從源頭切斷這種病理影響的來源，則能起到“高原截流”的效果，為將來臨床中延長老年個體在晚期階段的健康壽命提供了一種全新的干預選項。 　　濱州醫學院研究生劉函昕、中國科學院上海營養與健康研究所博士后許奇霞為該論文的共同第一作者。中國科學院上海營養與健康研究所孫宇研究員、美國巴克衰老研究所Judith Campisi資深科學家和濱州醫學院付強教授為論文的共同通訊作者。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略先導科技專項、上海市科委、中國博士后科學基金會和上海市超級博士后激勵計劃等資助，以及中國科學院上海營養與健康研究所公共技術平臺和動物平臺的支持。 ? 圖注： 植物化學小分子Rutin作為新型抗衰老藥物senomorphics的作用機制和抗衰原理 　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/acel.13921