中国科学家Nature揭示寿命早期预测因子

　　

生物通报道  来自中国的科学家们手中握住了一个水晶球：他们发现基于线虫细胞中线粒体的“超氧炫”频率可以预测它们生存的寿命。

在发表于2月12日《自然》（Nature）杂志上的论文中，来自北京生命科学研究所、北京大学分子医学研究所等处的研究人员报告称，在大多数情况下可在成年早期预测一个生物体的寿命。

北京生命科学研究所的董梦秋（Meng-Qiu Dong）研究员和北京大学分子医学研究所的程和平(Heping Cheng)院士是这篇论文的共同通讯作者。董梦秋博士主要研究方向是以线虫为模型的衰老过程及其调控机制研究。程和平院士早年主要从事细胞钙信号转导的研究，近年致力于线粒体生物医学研究。在2008年的《Cell》杂志论文中，程和平及同事发现在活体细胞中存在局部、间歇性、量子化超氧生成事件，并命名为“超氧炫”。

不同于其他的衰老生物标记物在有限的条件下发挥作用，线粒体超氧炫是各种遗传、环境和发育史的稳定预测因子。董梦秋说：“线粒体超氧炫具有神奇的能力，可预测动物剩余的寿命。”

线粒体是一种向植物、动物和其他真核生物细胞供能的细胞器。在能量生成过程中，它们生成诸如自由基等活性氧分子，这些分子可以引起应力损伤线粒体，线粒体会随着时间的推移而出现功能故障。尽管在1972年就有人率先提出了线粒体衰老理论，但一直以来都存有争议且未加以证实。例如，一些长寿动物，如裸鼹鼠，能够耐受高水平的氧化损伤。但仍有许多科学家们认为线粒体是衰老的主要驱动力。

2008年，董梦秋对这种线粒体每隔几分钟就以10秒脉冲生成活性氧分子的“线粒体超氧炫”现象产生了兴趣。第一次，科学家们可以在动物的整个生命过程中观察单个线粒体以及它们的活性频率。在这项研究中，董梦秋首先比较了平均生存期为21天的短寿命线虫，与平均生存期为30天或以上的长寿命线虫的线粒体超氧炫频率。她发现在所有动物中，只有两个生命时刻线粒体超氧炫频率达到峰值：一次是在成年早期，另一次是在衰老过程中。

起初，她以为生命晚期的峰值很重要。“这是彻底的失败，”她说。与之相反，早期的峰值揭示了线粒体超氧炫频率和寿命之间的关联：在这一时期短寿命的线虫相比长寿命的线虫具有更高的超氧炫频率。这种关联存在于具有不同寿命的29种遗传突变体中。

线粒体超氧炫被证实是线虫早期生命体验的一次强有力的记录。例如，经受热休克或饥饿的线虫往往寿命更长，可以预见到它们的线粒体超氧炫以较长时间间隔发生。甚至基因相同，因偶然事件导致寿命差异的线虫，也显示出线粒体超氧炫频率与寿命之间存在相同的关联。最引人注目的研究发现是，当董梦秋处理一种长寿线虫提高它的活性氧分子生成时，缩短了线虫的寿命，提高了线粒体超氧炫的频率。

耶鲁－新加坡国大学院生物老年病学家Jan Gruber说：“这是一篇重要的论文。”他本以为线粒体超氧炫随时间逐渐下降，看到其走向生命的终结，就像一首临死的哀歌让Gruber尤为感到惊讶。他说：“我们知道线粒体随着衰老而停止运转。但为什么它们会以一种戏剧性地方式来停止运转？”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Mitoflash frequency in early adulthood predicts lifespan in Caenorhabditis elegans

It has been theorized for decades that mitochondria act as the biological clock of ageing1, but the evidence is incomplete. Here we show a strong coupling between mitochondrial function and ageing by in vivo visualization of the mitochondrial flash (mitoflash), a frequency-coded optical readout reflecting free-radical production and energy metabolism at the single-mitochondrion level2, 3. Mitoflash activity in Caenorhabditis elegans pharyngeal muscles peaked on adult day 3 during active reproduction and on day 9 when animals started to die off. A plethora of genetic mutations and environmental factors inversely modified the lifespan and the day-3 mitoflash frequency……

作者简介：

董梦秋 博士

北京生命科学研究所研究员

教育经历
2001年  耶鲁大学分子生物物理学与生物化学系博士
1995年  中国科学院上海生物化学研究所硕士
1992年  四川大学生物系学士

工作经历
2007年-      北京生命科学研究所研究员
2003-2007年  美国斯克利普斯研究院博士后
2001-2003年  美国加洲大学圣地亚哥分校医学院博士后

研究概述
本实验室的研究主题包含生物学和质谱技术两部分，二者相辅相成，共同发展。
在生物学研究方面，我们以线虫为模式生物研究衰老过程及其调控机制。我们对线虫自然衰老过程中亚细胞器（如线粒体）和分子水平（转录组和蛋白质组）的变化进行分析，比较长寿突变体线虫与野生型线虫之间有何不同。在衰老的调节机制的研究中，我们主要关注胰岛素信号通路。
在质谱方面，我们致力于基于质谱的蛋白质组学技术的应用与开发，主要包括肽序列从头测序的算法开发、基于电子转移解离（ETD）谱图的高效蛋白质鉴定技术、和通过鉴定交联肽段来研究蛋白－蛋白相互作用的方法。实验室目前共拥有三台质谱仪，包括一台装备了ETD的LTQ-Orbitrap，一台HCTultraPTM，以及一台TSQ Discovery。