延寿23%，厦门大学林圣彩团队重磅揭秘：内源性代谢物模拟热量限制的机制

论抗衰手段，“奶奶级”的热量限制（CR），大家一定不陌生。这些年，为了“不饿肚子”与“活得久”全都要，能模拟CR效果的抗衰物质也是层出不穷，前有雷帕霉素帅气打样，后有二甲双胍和NR双星闪耀......但这似乎还远远不够，这不，又一神秘成员来了！

不得不说，能让中国科学院院士、厦门大学生命科学院的林圣彩教授及其团队连发两篇《Nature》来介绍，今天的神秘成员面子够大！

研究团队发现：这位神秘成员来自人体中一种常见的代谢物，出乎意料地，它也能模拟热量限制来延寿，那么它会是CR在体内发挥益处的潜在代言人吗[1]？

近年来，热量限制（CR）延寿深入民心，虽然CR能延寿的证据很好找，但CR具体怎么和机体“互通有无”的，或许还得从今天的主人公石胆酸（LCA）这里找找线索。

众所周知，CR会引起机体代谢物的产生和循环中各种代谢的变化。研究者们一直在探索这些代谢物中是否存在能够辅助CR发挥延寿作用的潜在帮手，以及它们与CR延寿的经典信号通路——腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）之间的联系。

为了解惑，他们先做了个小测试：收集经过4个月CR处理的小鼠血清（CR血清），并探究这种血清对不同细胞和小鼠个体的潜在影响。

结果显示，CR血清不仅能在体外激活小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）、人胚肾细胞（HEK293T）内的AMPK，还能在小鼠体内的肝脏和肌肉中显著激活AMPK，初步表明CR后发生变化的血清代谢物能在细胞和机体水平上诱导AMPK的激活。

图注：与对照相比，CR血清能在细胞（上）和机体水平上（下）激活AMPK

进一步的代谢组学分析发现，与对照血清组相比，在CR期间丰度发生变化的695种代谢物中，石胆酸（LCA）是唯一能在小鼠中重现CR效果的代谢物。

这种有毒的刺激胆汁酸本是在历史研究中被科学家们针对的、可能诱发肿瘤的“危险品”，在本文研究团队的巧手下却摇身一变，成为在筛选实验中唯一能激活细胞内AMPK的物质。

它被发现能使pACC增加（pACC即磷酸化的乙酰辅酶A羧化酶，由AMPK通过磷酸化乙酰辅酶A羧化酶得到，有利于维持细胞能量平衡和脂质代谢）、抑制mTORC1（经典能量感应和代谢相关衰老通路，AMPK的反面）以及促进转录因子TFEB向细胞核迁移（有利于细胞适应代谢变化和维持细胞健康）。

图注：LCA能激活AMPK并引起相关物质及通路的改变

其他血清代谢物如胆酸和鹅去氧胆酸也在CR期间出现上调，但很可惜，它们并不能激活AMPK。由此表明，CR后发生变化的血清代谢物中不起眼的LCA，或许就是CR发挥作用的关键！

既然被“确诊为”CR的代言人，那么CR肉眼可见的好处石胆酸也应该有。除了小鼠，研究者还找来了让CR延寿效果屡试不爽的本命动物：线虫和果蝇，一并展开验证。

1）不同的实验动物，铁打的延寿效果

研究显示，LCA能被有效地吸收到线虫和果蝇体内，激活AMPK，并使雌雄同体线虫的平均寿命从22天延长到27天（增加23%），使果蝇寿命从47天延长到52天（雄性增加11%）和从52天延长到56天（雌性增加8%），与CR在线虫和果蝇中表现出的延寿效果相似。

图注：LCA延长了线虫和果蝇的寿命

而在小鼠中，从1岁（相当于人类的中年时期）开始接受LCA处理的小鼠也出现了延寿效果：雄性小鼠的中位寿命增加了5.1%~9.6%，雌性小鼠则增加了8.3%~12.5%。

图注：LCA延长了小鼠的中位寿命

2）寿命之余，改善肌肉

增加小鼠寿命方面LCA的效果可能比CR本身略逊一筹（CR可延寿10%-40%），但改善肌肉性能方面，LCA发挥了极致，成功扳回一局。

对老年小鼠进行为期1个月的LCA处理后，小鼠体内氧化型肌肉纤维（含线粒体和毛细血管，提供能量）的数量显著增加；糖酵解纤维（它增加可能导致肌肉在持续或低强度活动中更容易疲劳）数量和肌肉萎缩现象减少；肌肉组织中的NAD+水平、线粒体含量以及呼吸功能等也都增加了。

图注：LCA改善了小鼠的肌肉功能

表现在宏观上，LCA治疗使老年小鼠在跑步距离、跑步持续时间以及握力恢复等方面均获得了改善。而且令人惊讶的是，LCA治疗并没有导致肌肉损失，这与CR后在小鼠和人类中观察到的肌肉含量减少现象不同，说明LCA能够避免CR损伤肌肉的副作用。

图注：LCA改善了小鼠的跑步距离、跑步持续时间以及握力

尽管LCA对延寿和肌肉健康都友好，但它的效果也存在限制：在它延寿的过程中，AMPK途径是必要的。如果在三种动物模型中把AMPK都敲掉，上述不管是LCA诱导的延寿效果还是肌肉改善现象都会减弱或消失。

这提醒研究者，光知道LCA的效果还不够，还得挖挖LCA激活AMPK并引发这些效应的分子细节！

1）“明线”易找，“暗线”…也找到了！

要知道，AMPK的激活途径很多，如能量压力、营养压力（依赖Ca2+水平）激活等，以能量压力激活途径为例，当细胞能量降低（即AMP/ATP比率升高）时，AMP可以直接结合到AMPK的γ亚基上激活AMPK。那么，LCA激活AMPK是否也与这些途径有关呢？

研究显示，LCA激活AMPK并不依赖于AMP或Ca2+水平的增加，但能诱导AXIN-LKB1复合物（与溶酶体能量感应相关，正常情况下分布在细胞内的不同位置）转移到溶酶体上，与溶酶体的质子泵v-ATPase相互作用，抑制v-ATPase活性，激活AMPK。

初步来看，LCA激活AMPK走的是溶酶体葡萄糖感应途径，即LCA激活AMPK与葡萄糖水平下降溶酶体特定机制被激活触发AMPK活化过程相似，而不依赖AMP水平的变化。

图注：LCA诱导AXIN-LKB1复合物转移到溶酶体

进一步研究显示，v-ATPase的V1E1亚基的去乙酰化状态（该状态导致v-ATPase活性降低）与AMPK的激活密切相关，且去乙酰化酶sirtuins在V1E1亚基的去乙酰化中作用突出。

具体而言，模拟了去乙酰化状态的V1E1突变体能使AMPK活性增加；相反，模拟乙酰化状态的V1E1突变体抑制了LCA对AMPK的激活。除了利用这种基因编辑突变技术来模拟是否去乙酰化，研究发现，在LCA作用下，sirtuins家族成员都能对V1E1亚基进行去乙酰化。

图注：sirtuins家族成员参与了V1E1的去乙酰化过程

于是接下来，研究者又把注意力放在了LCA如何激活sirtuins上面。

一番查探下来，一个名为Tulp3的蛋白被找到。研究显示，当敲低或敲除Tulp3时，细胞对LCA诱导的AMPK激活效应不再敏感，且不能与LCA结合的Tulp3突变体也表现出阻断LCA激活sirtuins和AMPK的能力，这表明Tulp3蛋白及其与LCA的结合就是激活sirtuins的关键，也是下游一系列反应的“开端”。

图注：TULP3是LCA激活sirtuins进而激活AMPK所必需的

至此，通过LCA激活AMPK的“明线”，一条TULP3-sirtuins-v-ATPase的“暗线”就这样被揪了出来。

2）理论初成，实践赶来检验

不过，在分子层面的发现是一回事，也是需要实验动物代表们发发言的：

在小鼠中，通过基因编辑技术增加V1E1(3KR)（即v-ATPase的V1E1亚基的去乙酰化版本）在肌肉中的特异性表达，激活了AMPK并改善了肌肉性能。

与先前LCA的效应相似，老年小鼠肌肉中的NAD+水平、线粒体呼吸功能以及跑步距离、持续时间和握力都显著增加了。同样，敲除AMPK会损害V1E1(3KR)过表达带来的所有益处。

图注：增加V1E1(3KR) 在肌肉中的特异性表达，激活了AMPK并改善了肌肉健康

在线虫和果蝇这里，也发现了TULP3-sirtuins-v-ATPase轴的重要性。在野生型线虫中敲除TULP3的同源物会损害LCA对AMPK的激活，并阻止LCA延长线虫寿命的效果。在敲低TULP3同源物的果蝇中也观察到类似的结果。

此外，敲除sirtuins的负面影响以及ATPase去乙酰化后的延寿效果也都在这些动物中得到了验证。

图注：在线虫中通过敲低sirtuins和在果蝇中（通过敲除Sir2）损害了LCA诱导的AMPK激活和寿命延长

综合来看，LCA与TULP3的蛋白结合激活了长寿蛋白sirtuins，sirtuins进一步通过对v-ATPase的V1E1亚基去乙酰化抑制了其活性，从而激活了AMPK，最终在秀丽隐杆线虫、果蝇以及小鼠中重现了CR所带来的一系列积极效应。

少吃就能延寿，如果是你，是会选择活在当下纵享食欲呢，还是会为未来早做打算？显然，在CR模拟物们还未完全成熟和被广泛应用的当下，这依然很难选。

不过可以预见的是，有关CR延寿的神秘面纱正在一步步地被人类所揭开，正如本篇研究所揭示的这般，原来，在CR期间机体内源性代谢物石胆酸会累积，还会传递CR信号，触发一系列延寿效应。作为CR延寿过程中的参与者和介导者，石胆酸的首次亮相可谓相当精彩。

无疑，这一研究将为后续发现新的抗衰机制、理解CR延寿机制等埋下伏笔。前有雷帕霉素和胍胍，今有内源性代谢物石胆酸，随着研究的深入，新的线索会不断涌现，或许未来某天，真实现不牺牲生活质量与健康长寿双赢的理想状态也不是不可能。

[本文的名称是《Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction》，发表于《Nature》期刊，通讯作者是厦门大学生命科学院林圣彩教授和张宸崧教授。第一作者是Qi Qu。本研究由国家重大研发计划(2020YFA0803402)、国家自然科学基金项目(92057204、82088102、32070753、323B2035、91854208和31922034)、中央高校基本科研业务费专项资金(20720200069和20720190101)、国家外国专家局和教育部“111”项目 (BP2018017)、科技创新联合基金（2018017）、福建省（2021Y9232、2021Y9227、2023Y9448）、福建省卫生科技项目（2022ZD01005、2022ZQNZD009）、中央科技发展专项基金（2023L3020）、西安医科大学-福建省肿瘤医院代谢研究中心合作专项资金，西安医科大学开放创新基金和大学生创新创业训练计划项目（kfj -202103、S202210384682）以及安捷伦应用和核心技术-大学研究补助金（4769）资助。]