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(jī)制，并證明了當(dāng)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(rèn)為這些基因能夠保護(hù)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(hù)機(jī)體遠(yuǎn)離疾病。隨著我們的衰老線粒體這一細(xì)胞電池會慢慢停止運(yùn)轉(zhuǎn),。通過給這些電池重新充電,，SIRT1可以對健康產(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(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(dān)任科學(xué)顧問。目前Sirtris公司擁有一批sirtuin激活化合物進(jìn)入臨床試驗中）,。
然而,，盡管Sinclair實驗室和別處的研究團(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靶點上,，當(dāng)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(tuán)是合成的,，并不存在于細(xì)胞或自然界,，而沒有它實驗則無法運(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(rèn)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(jī)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(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)這一實驗時,，將底物上的熒光化學(xué)基團(tuán)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(biāo)記事實上存在于細(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(jī)制，”Sinclair說,。研究小組對大約2000種SIRT1基因突變進(jìn)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(qiáng)）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(jī)制模型：當(dāng)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(xì)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(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：“這是殺手锏實驗。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?，F(xiàn)在我們知道了白藜蘆醇作用于SIRT1的確切位點和機(jī)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.
