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增大氧化还原应激信号阈值(RST)促进健康衰老

发布时间:2021年11月30日

  众所周知,活性氧(reactive oxygen species, ROS)在生命活动中扮演着双重角色:有时候发挥有益的信号转导作用,有时候对生物大分子和细胞发挥有害的损伤作用, 这种双重特性引起了广泛的关注,前者被定义为oxidative eustress, 后者定义为oxidative distress. 然而,如何区分这两种作用至今仍不清楚。中国科学院生物物理研究所陈畅课题组提出并定义了区分这两种作用的氧化还原应激信号阈值(Redox-stress Signaling threshold, RST)概念,利用线虫模型定量描述了该阈值并发现通过早期刺激增大RST可以促进线虫健康衰老。这篇题为"Identification of the Redox-stress Signaling Threshold (RST): increased RST helps to delay aging in C. elegans"的研究论文近日在《Free Radical Biology and Medicine》在线发表。

  为了识别并定量刺激诱导的ROS从有益作用转变为有害作用的阈值,陈畅课题组研究人员以秀丽隐杆线虫为模型,用不同浓度百草枯(PQ)诱导的氧化应激对线虫寿命的不同影响来描述和定量阈值。研究发现,存在一个PQ的节点浓度,低于这个浓度的PQ诱导产生的氧化应激能延长寿命,而超过这个浓度的PQ诱导产生的氧化应激对线虫的生存是有害的。该研究量化并定义了这个阈值节点,命名为"氧化还原应激信号阈值(Redox-stress Signaling threshold, RST)"。进一步研究发现,生命早期的几种不同刺激,包括饥饿、运动和热刺激,可以增大RST,增大RST可以提高细胞或个体的氧化还原应激反应能力(Redox-stress Response Capacity, RRC),从而促进健康衰老。

  在正常衰老过程中,ROS浓度很容易达到阈值,引起氧化损伤,导致衰老。而早期刺激可以增加阈值,扩大ROS信号作用的范围。所以,相同的ROS浓度可以保持在有利的信号作用范围内,也就是说,线虫有更高的氧化刺激反应能力。该研究发现了RST是生物体的一个属性,是确定生物体响应氧化还原刺激能力的重要参数,并且发现 RST具有可塑性。通过早期刺激增大阈值将是促进健康衰老的有效策略。在氧化应激与衰老研究中,以往主要通过补充抗氧化剂来减少氧化损伤以达到抗衰老的目的,是损伤发生后的一种补救方法。而该研究中采取的通过增加RST改善RRC,从而促进健康衰老的策略是一种自主的避免氧化损伤从而延缓衰老的主动健康策略,具有重要意义。相关机制及在高等动物中的研究正在进行中。

  中国科学院生物物理所陈畅研究员为本文的通讯作者。副研究员孟姣为本文的第一作者。该课题获得国家重点研发计划、中国科学院重点战略研究计划先导B、国家自然科学基金重点项目的资助。

图:氧化还原应激信号阈值(RST)的定义定量及通过增大RST促进健康衰老的策略

  文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584921008157

 

(供稿:陈畅研究组)

 

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