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我國學者發(fā)現促進多組織再生、延緩衰老的小分子代謝物

來源：泰然健康網時間：2024年12月20日 22:33

再生是機體修復受損、病變或衰老組織的重要過程。從低等動物到人類，不同物種具有不同程度的再生能力，并且這種能力隨著物種的不斷進化而逐步降低。例如，低等動物中的蠑螈能夠實現斷肢的完全再生，而包括人類在內的大多數哺乳動物僅具備有限的再生和損傷修復能力。

在哺乳動物中，鹿角是唯一能夠完全再生的器官。盡管高度進化的物種能在組織損傷時啟動相應的再生修復程序，但這種再生修復的能力會隨著年齡的增長而逐漸降低。眾所周知，干細胞在組織再生和修復的過程中發(fā)揮著關鍵作用。例如，蠑螈可以通過形成芽基組織（一群去分化的具有干性的細胞）來完成肢體的再生。同樣地，在每年的鹿角再生過程中，位于鹿角骨膜的鹿茸干細胞可以分化產生包含血管、軟骨、骨、真皮和神經在內的完整鹿角器官。人類成體干細胞，如間充質干細胞，在多種組織和器官的再生修復過程中均起到關鍵作用，但是這些干細胞的數量和再生能力同樣會隨著機體年齡的增加而降低。

雖然人們已經發(fā)現機體再生能力隨進化和衰老而逐步喪失的規(guī)律，但其中的分子機制尚不明確。內源性小分子代謝物在不同物種間相對保守；然而，迄今為止，人們對能夠調節(jié)衰老和再生的小分子代謝物還知之甚少。通過向自然界存在的低等動物的再生過程學習、以及向具有較強再生能力的年輕組織和干細胞學習，理論上有望發(fā)現跨物種保守的、調節(jié)再生和衰老的關鍵代謝小分子，從而將為解碼再生的代謝調控機制，發(fā)現促進再生、延緩衰老的關鍵代謝物提供新的線索和思路。

近日，中國科學院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組和中國科學院北京基因組研究所張維綺研究組合作，在 Cell Discovery 期刊在線發(fā)表題為：Cross-species metabolomic analysis identifies uridine as a potent regeneration promoting factor 的研究論文。

該研究深度解析了跨物種、跨年齡、跨組織的代謝分子特征，解碼了與較高再生能力密切相關的代謝調節(jié)通路，鑒定了一系列能改夠延緩人類干細胞衰老、促進多組織再生的關鍵通路和小分子代謝物，為衰老的科學評估、衰老相關疾病的防治以及再生醫(yī)學的發(fā)展提供了潛在的分子標記物和干預策略。

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該研究通過跨物種、跨年齡、跨組織地繪制多種細胞類型的代謝圖譜，其中包括：蠑螈斷肢再生的芽基、鹿茸干細胞、年輕和年老食蟹猴的多種組織（腦、心臟、肝臟、肌肉、腎臟、脂肪、皮膚、血液）以及年輕和衰老的間充質干細胞，系統揭示了一些跨物種保守的、再生相關的代謝通路。例如，再生能力強的生物樣本更傾向于富集多胺代謝、尿嘧啶代謝和脂肪酸代謝通路。

進一步結合人類干細胞衰老的研究平臺，研究人員對潛在的促再生代謝物進行了細致的篩選，發(fā)現小分子代謝物尿苷（Uridine）可以明顯提升衰老人間充質干細胞的自我更新能力。進一步研究表明，尿苷處理可以在5種小鼠的組織損傷模型（肌肉損傷模型、肝纖維化模型、毛發(fā)再生模型、心肌梗塞模型和關節(jié)炎模型）中助力損傷或病變組織的再生修復。在肌肉損傷模型中，尿苷有效提升了肌肉的再生修復能力、緩解了肌肉損傷引起的炎癥反應，同時增強了小鼠的肢體抓力和系統運動能力；在肝臟纖維化模型中，尿苷緩解了四氯化碳誘導的肝纖維化，有效改善了肝功能的多個生理指標；在毛發(fā)再生模型中，尿苷處理可以刺激毛囊提前進入生長期，從而促進毛發(fā)的生長；在心肌梗塞模型中，尿苷能有效緩解急性炎癥、提升損傷心臟的收縮能力；在關節(jié)炎模型中，尿苷可以促進關節(jié)軟骨再生、提升小鼠的關節(jié)運動能力。

以上結果表明，單一代謝物尿苷能夠促進哺乳動物多器官組織的再生修復過程。與年輕個體具有較強的再生能力一致，年輕人血液中具有比老年人更高的尿苷含量。接下來，研究人員進一步探究了尿苷處理是否可以增強老年個體的生理機能。

結果發(fā)現，兩個月的口服尿苷處理可以增強老年小鼠（22月齡）的生理機能，表現為肢體抓力和運動能力的顯著提升。這些發(fā)現從多個層面證實了尿苷具有抑制人類干細胞衰老、促進多組織再生修復、提高老年個體生理機能的潛在活性。

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通過跨物種和跨年齡的代謝組分析鑒定促進多組織修復、延緩衰老的關鍵代謝小分子

該研究首次繪制了跨物種、跨年齡以及跨組織細胞的內源性代謝物的全景圖譜，系統解析了強再生能力所伴隨的分子代謝通路。更為重要的是，該研究發(fā)現尿苷是一種能延緩人類干細胞衰老、促進哺乳動物多組織再生修復的關鍵代謝物。這些發(fā)現為深入認識機體損傷或病理修復的機制奠定了理論基礎，并為提升老年群體的健康、預防和治療衰老相關疾病提供新的策略。

該研究的相關數據已同時上傳至衰老多組學數據庫Aging Atlas （https://bigd.big.ac.cn/aging/index）和再生多組學數據庫Regeneration Roadmap（https://ngdc.cncb.ac.cn/aging/index）。

該研究由中國科學院動物研究所、北京干細胞與再生醫(yī)學研究院、首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院、中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）、北京醫(yī)院、北京大學第三醫(yī)院等機構合作完成。中國科學院動物研究所劉光慧研究員、曲靜研究員、中國科學院北京基因組研究所張維綺研究員為論文的共同通訊作者。中國科學院動物研究所博士研究生劉尊鵬、首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院助理研究員李維和副研究員耿令令、北京醫(yī)院孫亮教授、中國科學院北京基因組所博士研究生王俏然以及北京大學第三醫(yī)院于洋教授為論文的共同第一作者。該研究得到了北京大學韓敬東教授、中國科學院北京基因組研究所任捷研究員、中國科學院動物研究所宋默識研究員和黃仕強研究員、首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院王思研究員和長春科技學院李春義教授的指導與支持，同時獲得了國家科技部、國家自然科學基金委、中國科學院及北京市等項目的資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41421-021-00361-3

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