一項(xiàng)新研究為研究人員提供了確鑿的證據(jù),，證實(shí)紅葡萄酒化合物白藜蘆醇（resveratrol）可直接激活一種蛋白質(zhì),，促使動(dòng)物模型健康和長壽,。此外，研究人員還揭示了這一相互作用的分子機(jī)制,，并證明了當(dāng)前在臨床試驗(yàn)中的一類更有效的藥物能夠以相似的方式發(fā)揮作用,。與白藜蘆醇相似的藥物化合物可能有潛力治療和預(yù)防與人類衰老相關(guān)的疾病。這些研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》（Science）雜志上,。
在過去的十年里,，衰老科學(xué)日益將焦點(diǎn)放到一組稱作sirtuins的基因上，人們認(rèn)為這些基因能夠保護(hù)包括哺乳動(dòng)物在內(nèi)的許多生物對(duì)抗衰老疾病,。越來越多的證據(jù)表明,，白藜蘆醇，這一存在于葡萄皮,、花生和漿果中的化合物,，能夠提高一種特異sirtuin——SIRT1的活性。SIRT1可通過加速線粒體保護(hù)機(jī)體遠(yuǎn)離疾病,。隨著我們的衰老線粒體這一細(xì)胞電池會(huì)慢慢停止運(yùn)轉(zhuǎn),。通過給這些電池重新充電，SIRT1可以對(duì)健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,。
白藜蘆醇喂飼小鼠耐力增大兩倍,，相對(duì)免受肥胖和衰老的影響,。在酵母、線蟲,、果蠅和小鼠中實(shí)驗(yàn)中,，研究人員均證實(shí)其能延長壽命。
“在制藥史上,，還沒有一種藥物能夠以白藜蘆醇激活SIRT1的方式,，使一種蛋白質(zhì)更快速運(yùn)轉(zhuǎn)。幾乎所有的藥物都只可以減慢或是阻斷它們,，”論文的資深作者,、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授David Sinclair說。
在2006年,，Sinclair研究小組發(fā)表了一項(xiàng)研究,，證實(shí)白藜蘆醇能夠延長小鼠的壽命。哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員啟動(dòng)創(chuàng)立了Sirtris制藥公司,，旨在制造出比白藜蘆醇更有效的藥物,。（Sinclair是葛蘭素史克公司旗下Sirtris的共同創(chuàng)始人，目前仍擔(dān)任科學(xué)顧問,。目前Sirtris公司擁有一批sirtuin激活化合物進(jìn)入臨床試驗(yàn)中）,。
然而，盡管Sinclair實(shí)驗(yàn)室和別處的研究團(tuán)體的大量研究,，均強(qiáng)調(diào)了白藜蘆醇和SIRT1之間存在直接的因果關(guān)系,，一些科學(xué)家卻認(rèn)為這些研究存在缺陷。
爭(zhēng)辯在于體外研究SIRT1的方式,，研究人員將一種特異的化學(xué)基團(tuán)附著到SIRT1靶點(diǎn)上,，當(dāng)SIRT1活性增高時(shí)會(huì)發(fā)出更明亮的熒光。然而,，這一化學(xué)基團(tuán)是合成的,，并不存在于細(xì)胞或自然界，而沒有它實(shí)驗(yàn)則無法運(yùn)行,。作為一種回應(yīng),，2010年發(fā)表的一篇論文推測(cè)白藜蘆醇激活SIRT1是一種只存在于實(shí)驗(yàn)室中，而并不存在于現(xiàn)實(shí)動(dòng)物中的實(shí)驗(yàn)假象,，該論文認(rèn)為,，小鼠中的SIRT1活性充其量是白藜蘆醇的一個(gè)間接結(jié)果，甚至多半是一種巧合,。
因此,，就白藜蘆醇和相似化合物影響的特異信號(hào)通路引發(fā)了一場(chǎng)激烈的辯論。白藜蘆醇是直接激活了SIRT1還是間接影響？Sinclair 說：“我們通過六年的研究工作,，確證這絕不是一種假象,。我們?nèi)匀恍枰宄邹继J醇發(fā)揮作用的機(jī)制。答案是極其巧妙的,。”
Sinclair和實(shí)驗(yàn)室的博士生Basil Hubbard,，與來自美國國立衛(wèi)生研究院和Sirtris制藥公司的研究人員展開合作，解答了這個(gè)問題,。
首先,，研究小組解答了關(guān)于熒光化學(xué)基團(tuán)的問題,。為什么它是試管中白藜蘆醇加速SIRT1的必要條件,？研究人員不認(rèn)為這一結(jié)果是一種假象，他們推測(cè)化合物可能模擬了天然存在于細(xì)胞中的一些分子,。結(jié)果證實(shí)它們是一類特異的氨基酸,。在自然界中，有三種氨基酸與熒光化學(xué)基團(tuán)相似,，其中一種是色氨酸,。在火雞肉中富含這種色氨酸分子，它以能夠誘導(dǎo)嗜睡而著稱,。當(dāng)研究人員重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)時(shí),，將底物上的熒光化學(xué)基團(tuán)與一個(gè)色氨酸殘基交換，白藜蘆醇和類似分子再一次能夠激活SIRT1,。
Hubbard說：“我們發(fā)現(xiàn)激活標(biāo)記事實(shí)上存在于細(xì)胞中,，并不需要其他的這些合成基團(tuán)。這是一個(gè)重要的結(jié)果,，讓我們?cè)谏锘瘜W(xué)和生理學(xué)結(jié)果之間搭起了一座橋,。”
“接下來，我們需要確切鑒定白藜蘆醇施壓SIRT1加速器的機(jī)制,，”Sinclair說,。研究小組對(duì)大約2000種SIRT1基因突變進(jìn)行了測(cè)試，最終發(fā)現(xiàn)一種突變完全阻斷了白藜蘆醇的效應(yīng),。這種特異的突變導(dǎo)致了SIRT1蛋白747個(gè)氨基酸中的一個(gè)單氨基酸殘基發(fā)生置換,。研究人員還測(cè)試了來自Sirtris公司庫的數(shù)百個(gè)分子（其中許多比白藜蘆醇效力更強(qiáng)）對(duì)于這一突變SIRT1的效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)所有的均無法激活它,。
作者們由此提出了一種白藜蘆醇的作用機(jī)制模型：當(dāng)這一分子結(jié)合時(shí),，一個(gè)鉸鏈翻轉(zhuǎn)，SIRT1變得極度活躍,。
盡管這些實(shí)驗(yàn)是在試管中開展,，一旦研究人員確定加速器踩動(dòng)SIRT1踏板的精確位點(diǎn)，找到切斷它的方式，他們就可以在細(xì)胞中測(cè)試他們的想法,。他們用加速器無活力突變體置換肌肉和皮膚細(xì)胞中的正常SIRT1基因?，F(xiàn)在他們能夠在開發(fā)研究中精確測(cè)試藥物，確定它們是否能夠扭拉SIRT1（在哪種情況下它們不發(fā)揮作用）或細(xì)胞中其他成千上萬種蛋白其中一種（在哪種情況下它們發(fā)揮作用）,。雖然白藜蘆醇和測(cè)試藥物在正常細(xì)胞下能夠加速線粒體,，但突變細(xì)胞則完全不受影響。
Sinclair說：“這是殺手锏實(shí)驗(yàn),。除了白藜蘆醇直接在細(xì)胞中激活了SIRT1,，沒有其他的合理解釋。現(xiàn)在我們知道了白藜蘆醇作用于SIRT1的確切位點(diǎn)和機(jī)制,，我們甚至可以更好地設(shè)計(jì)分子,，更精確更有效地觸發(fā)白藜蘆醇的效應(yīng)。”(生物谷Bioon.com)
DOI: 10.1126/science.1231097
PMC:
PMID:
Evidence for a Common Mechanism of SIRT1 Regulation by Allosteric Activators
Basil P-Hubbard, Ana P. Gomes, Han Dai, Jun Li, April W-Case, Thomas Considine, Thomas V-Riera, Jessica E-Lee, Sook Yen E, Dudley W- Lamming, Bradley L-Pentelute, Eli R-Schuman, Linda A-Stevens, Alvin J-Y-Ling, Sean M-Armour, Shaday Michanl, Huizhen Zhao, Yong Jiang, Sharon M-Sweitzer, Charles A-Blum, Jeremy S-Disch, Pui Yee Ng, Konrad T-Howitz, Anabela P-Rolo, Yoshitomo Hamuro, Joel Moss, Robert B- Perni, James L-Ellis, George P-Vlasuk, David A-Sinclair.
A molecule that treats multiple age-related diseases would have a major impact on global health and economics. The SIRT1 deacetylase has drawn attention in this regard as a target for drug design. Yet controversy exists around the mechanism of sirtuin-activating compounds (STACs). We found that specific hydrophobic motifs found in SIRT1 substrates such as PGC-1α and FOXO3a facilitate SIRT1 activation by STACs. A single amino acid in SIRT1, Glu230, located in a structured N-terminal domain, was critical for activation by all previously reported STAC scaffolds and a new class of chemically distinct activators. In primary cells reconstituted with activation-defective SIRT1, the metabolic effects of STACs were blocked. Thus, SIRT1 can be directly activated through an allosteric mechanism common to chemically diverse STACs.
