在某种意义上说，随着时间推移，我们的身体自我修复能力逐渐下降，最终以某种方式"崩溃"。我们的干细胞在身体修复过程中扮演着关键角色，但随着时间推移，它们可能会变得疲惫不堪且效率低下。现在，纽约州立大学布法罗分校的研究人员可能找到了一种方法来恢复我们干细胞的活力。根据发表在《细胞报告》(Cell Reports)上的一项新研究，他们使用氨基酸脯氨酸来恢复干细胞的修复能力。
脯氨酸恢复衰老干细胞的线粒体健康
衰老科学领域最令人兴奋的发展之一是关于衰老细胞的作用。最新研究表明，累积的分子损伤（如DNA损伤）会触发细胞衰老。这意味着我们的任何细胞都可能进入衰老状态。这些衰老细胞可以出现在身体的任何部位并持续多年。甚至我们的干细胞也可能变成衰老细胞，而这些衰老的干细胞无法修复我们的身体。
衰老干细胞中脯氨酸含量较低
为了恢复身体的修复能力，纽约州立大学布法罗分校的研究人员试图恢复衰老干细胞的活力。在此过程中，他们验证了导致细胞衰老的常见因素，包括受损的线粒体和DNA损伤。此外，通过深入研究之前的工作成果，研究人员发现衰老干细胞中脯氨酸含量较低。
脯氨酸恢复线粒体健康
线粒体是细胞的"电池"，其电压反映了它们的整体健康状况。考虑到这一点，研究人员使用一种特殊的红色染料来测量线粒体的电压。在年轻干细胞的线粒体中，这种红色染料会发出明亮的荧光，表明线粒体健康状况良好。相比之下，在衰老干细胞中，红色染料的荧光非常微弱，表明线粒体健康状况不佳。然而，值得注意的是，经过脯氨酸处理的衰老干细胞，其线粒体电压水平更接近于年轻非衰老干细胞。
（Choudhury等人，2024 | 《细胞报告》）脯氨酸改善线粒体健康。MitoTracker Red是一种染料，当线粒体健康时，它在线粒体内会发出更强的荧光。与年轻干细胞（Y）和经脯氨酸处理14天的衰老干细胞（S-pro-14）的线粒体相比，未处理的衰老干细胞（S）的线粒体荧光强度较弱，表明线粒体健康状况不佳。
线粒体利用我们呼吸的氧气来产生ATP，即细胞的主要能量分子。通过增加氧气利用和ATP生成，研究人员证明脯氨酸改善了线粒体功能。这些发现与线粒体电压结果一致，表明脯氨酸支持整体线粒体健康。
脯氨酸对抗衰老标志
线粒体健康状况不佳被认为是关键的"衰老标志"之一。这些标志是科学家用来研究和更好地理解衰老过程的重要分子和细胞衰老相关生物衰退迹象。其他衰老标志包括DNA损伤、细胞衰老和自噬功能受损。
自噬是细胞用来分解和回收受损组件（包括错误折叠的蛋白质和老化的线粒体）的过程。当自噬专门针对线粒体时，它被称为线粒体自噬。受损的线粒体自噬可能导致线粒体健康状况不佳。研究人员发现，脯氨酸恢复了衰老干细胞中的线粒体自噬，为脯氨酸对线粒体的有益作用提供了一个可能的解释。
（Choudhury等人，2024 | 《细胞报告》）脯氨酸改善线粒体自噬。线粒体自噬通过线粒体自噬指数进行评估，该指数涉及检测酸性环境中的线粒体数量，这意味着线粒体正在被拆解。虽然年轻干细胞（Y）和衰老干细胞（S）的线粒体自噬水平相似，但经脯氨酸处理7天的衰老干细胞（S-pro-7）比未经处理的衰老干细胞具有更高的线粒体自噬水平。
研究人员还表明，脯氨酸可能影响其他衰老标志，包括DNA损伤和炎症。它增加了一种与DNA修复相关的标志物，并降低了细胞衰老的标志物。衰老细胞尤其成问题，因为它们会释放促炎分子，这些分子可能导致慢性炎症和组织损伤。研究人员发现，脯氨酸降低了这些炎症分子的mRNA水平，表明它可能有助于减轻炎症。
脯氨酸使衰老干细胞恢复活力
为了修复组织，干细胞必须转变为构成这些组织的特定细胞，这一过程称为分化。干细胞可以分化成几种不同类型的细胞，但这种能力随着年龄增长而下降。身体修复系统随着时间推移变得不那么有效的一个原因是，干细胞一旦进入衰老状态就会失去分化能力。例如，衰老的干细胞可能使阻力训练后难以增加肌肉，因为它们不再能分化成骨骼肌细胞。
引人注目的是，研究人员发现脯氨酸增强了衰老干细胞的分化能力。当细胞经脯氨酸处理后，它们激活了与平滑肌细胞相关的基因。平滑肌组织分布在器官、呼吸道和血管中，在那里帮助控制消化、气流和血压。研究人员还通过观察肌肉细胞如何改变某种形状来测试它们是否能产生力量。
（Choudhury等人，2024 | 《细胞报告》）脯氨酸改善紧实度。紧实度是衡量细胞如何变得更加有组织并形成更紧密结构的指标。在这种情况下，更高层次的结构反映在水凝胶中（图像中的深色圆盘）。与来自分化年轻干细胞（Y）和经脯氨酸处理14天的分化衰老干细胞（S-pro-14）的水凝胶体积相比，来自衰老干细胞的水凝胶体积更小，这表明衰老降低了紧实度并削弱了分化能力。
补充脯氨酸能让你的干细胞恢复活力吗？
纽约州立大学布法罗分校研究人员的发现表明，脯氨酸通过针对几个衰老标志（即细胞衰老、线粒体功能障碍、炎症和DNA损伤）来使干细胞恢复活力。然而，这项研究是在细胞上进行的，绕过了生物体的复杂性。下一步将是在多细胞生物体（如线虫或果蝇）中测试脯氨酸的效果。如果脯氨酸能够使这些模型生物体的干细胞恢复活力，就可以在啮齿动物上进行研究，以确定脯氨酸是否能使哺乳动物的干细胞恢复活力。在此之前，通过食用富含蛋白质的食物来摄取脯氨酸可能有益。
消息来源
Choudhury, D., Rong, N., Senthil Kumar, H. V., Swedick, S., Samuel, R. Z., Mehrotra, P., Toftegaard, J., Rajabian, N., Thiyagarajan, R., Podder, A. K., Wu, Y., Shahini, S., Seldeen, K. L., Troen, B., Lei, P., & Andreadis, S. T. (2024). 脯氨酸恢复衰老细胞中的线粒体功能并逆转衰老标志. 《细胞报告》, 43(2), 113738.
期刊参考
López-Otín, C., Blasco, M. A., Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2013). 衰老的标志. 《细胞》, 153(6), 1194.
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