一項新研究為研究人員提供了確鑿的證據(jù),，證實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制，并證明了當前在臨床試驗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)日益將焦點放到一組稱作sirtuins的基因上,，人們認為這些基因能夠保護包括哺乳動物在內(nèi)的許多生物對抗衰老疾病。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機體遠離疾病。隨著我們的衰老線粒體這一細胞電池會慢慢停止運轉(zhuǎn)。通過給這些電池重新充電,，SIRT1可以對健康產(chǎn)生深遠的影響,。
白藜蘆醇喂飼小鼠耐力增大兩倍，相對免受肥胖和衰老的影響,。在酵母、線蟲,、果蠅和小鼠中實驗中,，研究人員均證實其能延長壽命。
“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)表了一項研究,，證實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,，目前仍擔任科學(xué)顧問,。目前Sirtris公司擁有一批sirtuin激活化合物進入臨床試驗中）。
然而,，盡管Sinclair實驗室和別處的研究團體的大量研究,，均強調(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)家卻認為這些研究存在缺陷,。
爭辯在于體外研究SIRT1的方式,，研究人員將一種特異的化學(xué)基團附著到SIRT1靶點上，當SIRT1活性增高時會發(fā)出更明亮的熒光,。然而,，這一化學(xué)基團是合成的，并不存在于細胞或自然界,，而沒有它實驗則無法運行,。作為一種回應(yīng)，2010年發(fā)表的一篇論文推測白藜蘆醇激活SIRT1是一種只存在于實驗室中,，而并不存在于現(xiàn)實動物中的實驗假象,，該論文認為，小鼠中的SIRT1活性充其量是白藜蘆醇的一個間接結(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通路引發(fā)了一場激烈的辯論。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)揮作用的機制,。答案是極其巧妙的,。”
Sinclair和實驗室的博士生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,，解答了這個問題,。
首先，研究小組解答了關(guān)于熒光化學(xué)基團的問題,。為什么它是試管中白藜蘆醇加速SIRT1的必要條件,？研究人員不認為這一結(jié)果是一種假象，他們推測化合物可能模擬了天然存在于細胞中的一些分子,。結(jié)果證實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,。當研究人員重復(fù)這一實驗時,，將底物上的熒光化學(xué)基團與一個色氨酸殘基交換，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)激活標記事實上存在于細胞中,，并不需要其他的這些合成基團。這是一個重要的結(jié)果,，讓我們在生物化學(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加速器的機制,，”Sinclair說,。研究小組對大約2000種SIRT1基因突變進行了測試，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個氨基酸中的一個單氨基酸殘基發(fā)生置換,。研究人員還測試了來自Sirtris公司庫的數(shù)百個分子（其中許多比白藜蘆醇效力更強）對于這一突變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制模型：當這一分子結(jié)合時,，一個鉸鏈翻轉(zhuǎn),，SIRT1變得極度活躍。
盡管這些實驗是在試管中開展,，一旦研究人員確定加速器踩動SIRT1踏板的精確位點,，找到切斷它的方式，他們就可以在細胞中測試他們的想法,。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）,。雖然白藜蘆醇和測試藥物在正常細胞下能夠加速線粒體,，但突變細胞則完全不受影響。
Sinclair說：“這是殺手锏實驗,。除了白藜蘆醇直接在細胞中激活了SIRT1，沒有其他的合理解釋?，F(xiàn)在我們知道了白藜蘆醇作用于SIRT1的確切位點和機制,，我們甚至可以更好地設(shè)計分子，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.
