禁食增强肠道干细胞的再生能力

来源：作者：人气：-发表时间：2018-05-14 10:48:00【大中小】

随着人们年龄的增加，他们的肠道干细胞开始丧失再生能力。这些干细胞是所有新的肠道细胞的来源，因此这种再生能力下降可能使得从胃肠道感染或影响肠道的其他疾病中康复过来更加困难。

根据来自美国麻省理工学院的研究人员的一项新的研究，这种年龄相关的肠道干细胞功能丧失能够通过24小时禁食加以逆转。他们发现禁食显著地改善年老小鼠和年轻小鼠中的肠道干细胞再生能力。相关研究结果发表在2018年5月3日的Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Fasting Activates Fatty Acid Oxidation to Enhance Intestinal Stem Cell Function during Homeostasis and Aging”。论文通信作者为麻省理工学院的David M. Sabatini和Ömer H. Yilmaz。论文第一作者为麻省理工学院的Maria M. Mihaylova和Chia-Wei Cheng。

图片来自Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2018.04.001。

在禁食小鼠中，细胞开始分解脂肪酸而不是葡萄糖，这种变化增强肠道干细胞的再生能力。这些研究人员发现他们也能够利用一种激活相同代谢开关的分子促进再生。这些研究人员说，这种干扰能够潜在地有助于老年人从胃肠道感染中康复过来，或者让接受化疗的癌症患者从中受益。

Yilmaz说，“禁食对肠道产生很多影响，包括促进再生和潜在地用于治疗影响肠道的任何一种类型的疾病，如感染或癌症。”

理解禁食如何改善整体健康状况，包括成体干细胞在肠道再生、修复和衰老中的作用，是我的实验室的基本研究目标。”

Sababini说，“这项研究提供证据证实禁食激活肠道干细胞中的一个代谢开关，使得它们从利用碳水化合物切换到燃烧脂肪。有趣的是，让这些干细胞切换到脂肪酸氧化可显著增强它们的功能。利用药物靶向这个通路可能为改善年龄相关疾病中的组织内稳态提供治疗机会。”

促进再生

数十年来，科学家们已经知道低热量摄入与人类和其他有机体的寿命延长有关。Yilmaz和他的同事们对在分子水平上探究它的影响（特别在肠道中）感兴趣。

肠道干细胞负责维持肠道内壁（通常每5天自我更新一次）。当损伤或感染发生时，肠道干细胞是修复任何损伤的关键。随着年龄的增加，这些肠道干细胞的再生能力下降，因此肠道需要更长的时间进行康复。

Yilmaz说，“肠道干细胞是肠道的主力，可产生更多的干细胞和肠道中的各种类型的分化细胞。值得注意的是，在衰老过程中，肠道干细胞功能下降，这会破坏肠道在遭受损伤后进行自我修复的能力。在这项研究中，我们专注于理解24小时禁食如何增强年轻的和衰老的肠道干细胞的功能。”

在小鼠禁食24小时后，这些研究人员移除肠道干细胞并在培养皿中培养它们，允许他们确定这些干细胞是否能够产生称为类器官的“微型小肠（mini-intestine）”。

这些研究人员发现，来自禁食小鼠的肠道干细胞再生能力增加了一倍。

Mihaylova说，“禁食对肠隐窝形成更多类器官的能力的影响是非常明显的，其中肠隐窝形成类器官是由肠道干细胞驱动的。这是我们在年轻小鼠和年老小鼠中都能够观察到这种结果，我们真地想要理解推动这一过程的分子机制。”

代谢开关

进一步研究（包括对来自禁食小鼠的肠道干细胞中的mRNA进行测序）揭示出禁食诱导肠道干细胞从它们通常的燃烧碳水化合物（如糖类）的代谢转换到代谢脂肪酸。这种转换通过激活称为PPAR的转录因子而发生，这种转录因子开启很多参与脂肪酸代谢的基因。

这些研究人员发现，如果他们关闭这种代谢通路，那么禁食不再促进再生。他们如今计划研究这种代谢开关如何促进肠道干细胞提高它们自己的再生能力。

他们还发现通过利用一种模拟PPAR作用的分子治疗小鼠，他们能够再现禁食的有益作用。 Cheng 说，“这也是非常令人吃惊的。仅激活一种代谢途径就足以逆转某些年龄表型。”

这些研究结果提示着药物治疗可能促进再生，而不需要患者禁食，毕竟禁食这对大多数人来说是困难的。可能从这种治疗中受益的人群是接受化疗的癌症患者，这是因为化疗经常伤害肠道细胞。它也可能让那些经历肠道感染或其他的能够伤害肠道内壁的胃肠道疾病的老年人受益。

这些研究人员计划探究这些治疗的潜在效果，而且他们也希望研究禁食是否会影响其他组织中的干细胞的再生能力。

参考资料：

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