禁食增強腸道干細胞的再生能力

來源：作者：人氣：-發表時間：2018-05-14 10:48:00【大中小】

隨著人們年齡的增加，他們的腸道干細胞開始喪失再生能力。這些干細胞是所有新的腸道細胞的來源，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過來更加困難。

根據來自美國麻省理工學院的研究人員的一項新的研究，這種年齡相關的腸道干細胞功能喪失能夠通過24小時禁食加以逆轉。他們發現禁食顯著地改善年老小鼠和年輕小鼠中的腸道干細胞再生能力。相關研究結果發表在2018年5月3日的Cell Stem Cell期刊上，論文標題為“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院的David M. Sabatini和Ömer H. Yilmaz。論文第一作者為麻省理工學院的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，細胞開始分解脂肪酸而不是葡萄糖，這種變化增強腸道干細胞的再生能力。這些研究人員發現他們也能夠利用一種激活相同代謝開關的分子促進再生。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過來，或者讓接受化療的癌癥患者從中受益。

Yilmaz說，“禁食對腸道產生很多影響，包括促進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，包括成體干細胞在腸道再生、修復和衰老中的作用，是我的實驗室的基本研究目標。”

Sababini說，“這項研究提供證據證實禁食激活腸道干細胞中的一個代謝開關，使得它們從利用碳水化合物切換到燃燒脂肪。有趣的是，讓這些干細胞切換到脂肪酸氧化可顯著增強它們的功能。利用藥物靶向這個通路可能為改善年齡相關疾病中的組織內穩態提供治療機會。”

促進再生

數十年來，科學家們已經知道低熱量攝入與人類和其他有機體的壽命延長有關。Yilmaz和他的同事們對在分子水平上探究它的影響（特別在腸道中）感興趣。

腸道干細胞負責維持腸道內壁（通常每5天自我更新一次）。當損傷或感染發生時，腸道干細胞是修復任何損傷的關鍵。隨著年齡的增加，這些腸道干細胞的再生能力下降，因此腸道需要更長的時間進行康復。

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

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

這些研究人員發現，來自禁食小鼠的腸道干細胞再生能力增加了一倍。

Mihaylova說，“禁食對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胞驅動的。這是我們在年輕小鼠和年老小鼠中都能夠觀察到這種結果，我們真地想要理解推動這一過程的分子機制。”

代謝開關

進一步研究（包括對來自禁食小鼠的腸道干細胞中的mRNA進行測序）揭示出禁食誘導腸道干細胞從它們通常的燃燒碳水化合物（如糖類）的代謝轉換到代謝脂肪酸。這種轉換通過激活稱為PPAR的轉錄因子而發生，這種轉錄因子開啟很多參與脂肪酸代謝的基因。

這些研究人員發現，如果他們關閉這種代謝通路，那么禁食不再促進再生。他們如今計劃研究這種代謝開關如何促進腸道干細胞提高它們自己的再生能力。

他們還發現通過利用一種模擬PPAR作用的分子治療小鼠，他們能夠再現禁食的有益作用。 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某些年齡表型。”

這些研究結果提示著藥物治療可能促進再生，而不需要患者禁食，畢竟禁食這對大多數人來說是困難的。可能從這種治療中受益的人群是接受化療的癌癥患者，這是因為化療經常傷害腸道細胞。它也可能讓那些經歷腸道感染或其他的能夠傷害腸道內壁的胃腸道疾病的老年人受益。

這些研究人員計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影響其他組織中的干細胞的再生能力。

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