代謝組學分享-研究背景

衰老是所有慢性病的主要風險因素，包括心血管疾病、神經退行性疾病和癌癥，而已知抗衰老的藥物仍較少。衰老機制的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)營養(yǎng)、行為或藥理學、遺傳學上的操控來延長壽命都會刺激自噬。

多數(shù)延長壽命的藥物在自噬被抑制時都會失去療效。自噬是一種循環(huán)利用機制，將細胞內受損或多余的大分子和細胞器進行降解。

今天就由小編來為大家介紹一下天然類黃酮化合物（DMC）在抗衰老上的研究吧~

代謝組學分享-文章題目

The flavonoid 4,4′-dimethoxychalcone promotes autophagy-dependent longevity across species. IF=11.87

代謝組學分享，黃酮類化合物具有抗炎、抗癌、抗神經退化等作用。研究人員從180種黃酮類化合物中篩選出一種具有抗衰老特性的候選者 — 4，4‘-二甲氧基查爾酮(DMC)，并對其功能和機理進行了全面系統(tǒng)的研究。

代謝組學分享-研究結果

4,4'-二甲氧基查耳酮延長多物種的壽命

為從180種黃酮類化合物中篩選抗衰老能力強的物質，研究人員構建了酵母細胞衰老的模型(圖1a)，檢測在每種化合物存在下酵母的壽命(圖1b)

為從180種黃酮類化合物中篩選抗衰老能力強的物質，研究人員構建了酵母細胞衰老的模型(圖1a)，檢測在每種化合物存在下酵母的壽命(圖1b)和ROS(O2–)清除能力(圖1c)，DMC的抗衰老能力優(yōu)于其它化合物；用100μM DMC處理酵母細胞抗衰老能力顯著優(yōu)于對照(圖1d-f)。代謝組學分享，食物中添加DMC后兩種模式生物線蟲和果蠅的壽命延長了約20%(圖1g-h)。DMC顯著延長U2OS人細胞的壽命(圖1i，j)?？傊?，這些結果表明DMC介導了系統(tǒng)發(fā)育上保守的抗衰老作用。

圖1 DMC延長酵母、線蟲、果蠅和人體細胞的壽命

a酵母時序衰老模型,抗衰老類黃酮的篩選程序;b-c酵母篩選過程中每個黃酮類化合物誘導的細胞存活率和ROS(O2–)清除的Z-scores;d酵母細胞染色;e酵母細胞ROS(O2–)含量;f酵母細胞存活率;g線蟲存活率;h果蠅存活率;i-j U2OS人細胞存活率.

DMC通過細胞自噬發(fā)揮作用

DMC誘導的酵母細胞內標記的GFP-Atg8融合蛋白，與對照相比游離的GFP含量明顯升高(圖2a-c)，表明細胞自噬能力顯著增強。DMC處理的酵母與對照相比液泡堿性磷酸酶（ALP）的活性顯著升高，表明自噬顯著增強（圖2d）。在線蟲的食物中添加DMC，線蟲的細胞自噬能力顯著強于對照(圖2e-f)；免疫熒光分析表明DMC喂養(yǎng)果蠅30d后Ref（2）P標記蛋白的含量降低，表明自噬通量顯著增加(圖2g-h)。代謝組學分享，顯微鏡分析顯示，DMC處理人細胞后自噬能力顯著增強，chloroquine的存在會加快細胞的自噬(圖2i-j)。結果表明DMC通過誘導細胞自噬發(fā)揮作用。

圖2 DMC誘導跨物種的細胞自噬

a酵母顯微圖像;b游離GFP/GAPDH的相對定量;cGFP-Atg8融合蛋白和游離GFP的免疫印跡分析;d液泡堿性磷酸酶（ALP）活性測定;e線蟲自噬的定量檢測;f顯微鏡分析線蟲細胞自噬;g免疫熒光分析果蠅中Ref(2)P標記蛋白的含量;h免疫熒光分析果蠅細胞自噬;i人細胞中融合蛋白的顯微分析;j人細胞中自噬的顯微分析

DMC誘導小鼠和酵母的代謝變化

為研究DMC誘導細胞自噬的途徑，對小鼠、酵母和GLN3缺失突變株的代謝組、蛋白組進行了檢測分析。

代謝組學分享，分別利用UHPLC-QE、UHPLC-QQQ和GC-QQQ對小鼠心臟和肝臟組織的代謝物進行非靶、靶標和廣泛靶標的全代謝分析，以全面了解DMC對小鼠代謝的影響，檢測到的差異代謝物有膽汁酸28種、多胺14種、CoAs核苷磷酸酯共23種和氨基酸代謝物,對所有的差異代謝物進行層次聚類和代謝通路的拓撲富集分析 (圖3a，b，d，e)，發(fā)現(xiàn)DMC誘導的小鼠心臟和肝臟組織的差異代謝物具有多條相同的代謝通路。

分別利用HPLC-MS和HPLC-MS/MS對酵母代謝組和蛋白組進行檢測，并對所有的差異代謝物進行層次聚類和代謝通路的拓撲富集分析(圖3 c，f，g)。結果顯示，小鼠和酵母具有相似的代謝通路。

圖3 DMC誘導小鼠和酵母的代謝變化

a小鼠心臟中的差異代謝物熱圖;b小鼠肝臟中的差異代謝物熱圖; c酵母細胞中的差異代謝物熱圖; d小鼠心臟中的差異代謝物的代謝通路；e小鼠肝臟中的差異代謝物的代謝通路;f酵母細胞中的差異代謝物的代謝通路；差異蛋白質的GO富集分析.

DMC誘導的細胞代謝變化通過GLN3轉錄因子實現(xiàn)

作者通過大量的酵母基因缺失突變體研究發(fā)現(xiàn)，GLN3缺失的酵母突變體的自噬作用不受DMC誘導。代謝組學分享，DMC誘導的野生型酵母細胞自噬量顯著高于對照，與此同時DMC誘導的GLN3缺失突變株的細胞自噬量與對照相比無顯著差異(圖4)。對GLN3缺失的酵母突變體進行代謝分析，發(fā)現(xiàn)DMC誘導的GLN3缺失突變株對氨基酸代謝的影響非常小，而DMC誘導的野生型酵母細胞對氨基酸代謝的影響極為顯著(圖5)。結果表明DMC誘導的細胞自噬依賴于GLN3轉錄因子。

圖4 DMC誘導酵母和GLN3缺失突變株細胞自噬

圖5 DMC誘導酵母和GLN3缺失突變株細胞內氨基酸濃度的變化

代謝組學分享-小結

代謝組學分享，結果證實了DMC對于多物種壽命延長和細胞自噬的保守作用，是抗衰老藥物開發(fā)的一次飛躍，然而DMC能否在人體內預防年齡相關性的衰退仍需進一步研究。

1.DMC的抗衰老能力優(yōu)于其它黃酮類化合物。

2.DMC延長酵母、線蟲、果蠅和人體細胞等物種的壽命。

3.DMC作為天然的細胞自噬誘導劑，具有系統(tǒng)遺傳上保守的抗衰老特性。

4. DMC誘導的細胞自噬依賴于GLN3轉錄因子。