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惊人发现!氢气能成为线粒体营养素!

日期: 2016-07-25
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氢气是一种新近刚发现的选择性抗氧化物质,所谓选择性,是在不影响能产生信号效应氧化因素的前提下,减少氧化应激带来的损伤效应,也就是说能保留氧化应激好的效应,减少氧化应激带来的危害,那么如果在运动情况下使用氢气,观察对运动引起的PGC1-α的效应,结合端粒长度和动脉硬化等角度的分析,可以开展比较深入的研究。研究的长期目标:将氢气作为一种运动健康效应促进分子。氢气不仅能对多种疾病具有潜在治疗效果,也能降低体育运动带来的损伤,那么将体育运动和氢气两者结合起来,将成为提高身体健康的有力武器

端粒(Telomeres)是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体,它与端粒结合蛋白一起构成了特殊的“帽子”结构,作用是保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期。端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。端粒DNA是由简单的DNA高度重复序列组成,端粒酶可用于给端粒DNA加尾,DNA分子每次分裂复制,端粒就缩短一点(如冈崎片段),一旦端粒消耗殆尽,细胞将会立即激活凋亡机制,即细胞走向凋亡。所以端粒其长度反映细胞复制史及复制潜能,被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”。端粒是染色体末端保护性的帽状结构,端粒缩短是衰老的一个标志性事件。端粒的研究,两个领域最关注,一个是抗衰老,希望端粒能金枪不倒(指使用冷兵器“枪”的武林高手英勇御敌的表现,勿延伸),因为端粒能保持,意味着细胞不死,是抗衰老的表现,这个研究就是这个意思。另一个是肿瘤领域,肿瘤的特点就是细胞不死,多细胞生物需要细胞不断更新,如果某种细胞永远不会死亡,就会发生肿瘤。肿瘤和抗衰老角度,是个矛盾,当然是希望能抗衰老,又不要肿瘤。干细胞就存在类似的纠结。

美国埃默里大学医学院科学家发现,膳食补充剂α-硫辛酸能够激活端粒酶促进端粒延伸,在动脉硬化小鼠模型中起到保护作用。这项研究发表在2015年8月20日的《细胞》子刊Cell Reports杂志上,为人们治疗慢性疾病开辟了新途径。

α-硫辛酸是一种存在于线粒体的辅酶,类似维他命,能消除加速老化与致病的自由基。硫辛酸在体内经肠道吸收后进入细胞,兼具脂溶性与水溶性的特性,因此可以在全身通行无阻,到达任何一个细胞部位,提供人体全面效能,是具脂溶性与水溶性的万能抗氧化剂。

α-硫辛酸含有双硫五元环结构,电子密度很高,具有显著的亲电子性和与自由基反应的能力,因此它具有抗氧化性,具有极高的保健功能和医用价值(如抗脂肪肝和降低血浆胆固醇的作用)。此外,硫辛酸的巯基很容易进行氧化还原反应,故可保护巯基酶免受重金属离子的毒害。硫辛酸在自然界广泛分布,肝和酵母细胞中含量尤为丰富。人体可以合成,尚未发现人类有硫辛酸的缺乏症,因此还不能称为维生素。只能说α-硫辛酸是一种类似维生素的物质,被称为天然的超强抗氧化剂。文章作者Wayne Alexander教授说。“α-硫辛酸很容易获得,是天然的抗氧化剂。”研究发现,α-硫辛酸可以刺激血管周围的平滑肌细胞生产PGC1-α,进而对抗动脉硬化。

已知PGC1-α涉及骨骼肌对体育锻炼的应答,最近哈佛大学所谓运动激素就是从研究这个分子开始发现的。体育锻炼可通过PGC1-α起到延缓衰老和预防慢性病的效果。PGC1-α是过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助活化因子1α,是过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助活化因子1(PGC-1)成员之一,PGC1-α是与能量代谢关系密切的1个转录辅助活化因子,在线粒体合成,能调节适应性产热,在骨骼肌纤维类型转换等过程中发挥重要作用。同时,还参与糖代谢和脂代谢调节,已成为治疗糖尿病和肥胖等代谢疾病的新靶点。近年来还发现,PGC1-α对治疗癌症发生及神经变性疾病有一定作用。由于PGC1-α能促进锻炼的效果,如可以对抗代谢综合症和减肥等。

Alexander说。“动脉硬化、糖尿病等慢性疾病对血管的影响都与端粒缩短有关,能够使端粒恢复健康的治疗是很有前景的。”文章第一作者Shiqin Xiong博士说。“我们的研究显示,PGC1-α可以调控端粒,为动脉硬化小鼠模型提供切实的帮助”。

在动脉硬化小鼠模型中,Xiong和Alexander发现PGC1-α缺乏会使老年小鼠血管中的斑块更严重,主动脉平滑肌细胞端粒更短,端粒酶活性更低。端粒缩短会使平滑肌细胞DNA面临更大氧化压力。如果用腺病毒把PGC1-α送回小鼠体内促进该基因表达,这种基因治疗成功恢复端粒酶的活性,延长细胞端粒。大多数细胞的端粒酶是关闭的,只在细胞增殖的时候启动。癌细胞端粒酶一直处于活跃状态,帮助自身持续生长。正因如此,激活端粒有可能引发癌症或者产生其他副作用。在细胞中提升PGC1-α显然比较方便,Xiong和Alexander想到α-硫辛酸(为什么没有想到更好的抗氧化物质氢气)。α-硫辛酸在临床上被用来治疗糖尿病神经病变,在动物实验中发现能对抗动脉硬化。

研究表明,用α-硫辛酸处理体外培养的平滑肌细胞,可以刺激PGC1-α和端粒。注射到小鼠体内的α-硫辛酸也能在血管平滑肌细胞中发挥类似的作用,研究人员正在研究α-硫辛酸对小鼠其他组织的影响。因为肿瘤或癌症存在端粒延长的问题,那么这种影响会不会促进肿瘤的发生?目前他们还没有观察到α-硫辛酸处理对癌症风险有何影响,不过其癌症风险还需要进行更全面的评估。

运动可以增加PGC1-α活性,而运动是一种典型的氧化应激,那么用α-硫辛酸也可以促进PGC1-α活性这在逻辑上有矛盾,氧化应激和抗氧化怎么会产生同样的效应?这要求必须对两种处理进行区分,或者测定氧化应激水平。最近哈佛大学关于运动激素的研究精彩程度要超过这个研究,因为运动激素本身也属于内源性因子,但刚刚被发现,而且是特异性激活PGC1-α针对性更强,让人联想到能代替体育运动产生的效应。

原文:PGC-1αModulates Telomere Function and DNA Damage in Protecting against Aging-RelatedChronic Diseases

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