巨噬細胞是一種白細胞,源自單核細胞,幾乎存在於每一個組織中,也是抵禦致病微生物的第一道防線。糖酵解和氧化磷酸化兩個主要代謝途徑需要快速響應以滿足巨噬細胞被激活後的能量需求。

在衰老進程中機體會出現不同程度的炎症反應。前列腺素E2(PGE2)是一種炎症蛋白,其水平在衰老期、多種神經退行性疾病中也升高。

前列腺素類物質有20碳的不飽和脂肪酸,其中E型前列腺素在機體中分佈最爲最爲廣泛。前列腺素e2是由前列腺分泌的一種激素,對女性子宮有收縮作用。

2021年1月20日斯坦福大學醫學院Katrin I. Andreasson研究團隊在nature雜誌上發表文章發現 在衰老的巨噬細胞和小膠質細胞中,PGE2信號通過其EP2受體促進葡萄糖轉化爲糖原,減少葡萄糖的利用,並限制線粒體呼吸。而在抑制PGE2-EP2受體信號通路後能夠使老年小鼠年輕化(1)。

研究人員發現65歲以上老年人的單核細胞源性巨噬細胞中PGE 2的合成增加,並且PGE 2的受體EP2也明顯增加。PGE 2能夠降低上述巨噬細胞的糖酵解(ECAR)並抑制線粒體的耗氧率(OCR),這種降低作用成劑量依賴性,即PGE 2的濃度越高,對巨噬細胞的代謝功能抑制越嚴重。然而在抑制PGE 2-EP2受體信號通路後能夠增強巨噬細胞的代謝能力。

老年化中線粒體形態變化

在老年小鼠中也發現髓細胞存在上述的功能障礙,並表現出促炎症表型。研究人員通過構建特異性敲除髓細胞EP2小鼠(EP2敲除小鼠)後其代謝能力增強,其免疫活性特點類似於年輕小鼠。

此外,透射電鏡發現老年小鼠腹腔巨噬細胞線粒體的數量明顯減少,線粒體的異常比例高達50%,而在EP2敲除後這些線粒體的形態學障礙並不會出現,線粒體的異常比例不到10%。

分子生物學實驗發現PGE2–EP2信號可以激活蛋白激酶B,進一步激活糖原合成酶,促進葡萄糖合成糖原。而在抑制EP2後葡萄糖6-磷酸和果糖6-磷酸水平增加,促進了葡萄糖的利用。

隨後通過構建了碳的同位素標記物發現敲除EP2後促進葡萄糖進入糖酵解和TCA循環過程提高葡萄糖的利用。這就表明衰老過程中PGE2–EP2信號阻止了葡萄糖的生物利用。

老年小鼠海馬依賴的空間記憶學習出現障礙,在敲除EP2這種障礙不復存在,並且因老年化降低的海馬突觸蛋白水平也升高了。

EP2受體特異性表達在海馬CA1和皮層的小膠質細胞上,幾乎不表達在神經元上。老年小鼠在腹腔連續一個月注射EP2受體抑制劑能夠通過大腦的EP2後恢復至年輕狀態:小膠質細胞吞噬活性降低;糖原合成減少,糖酵解增強;線粒體的密度增加,其形態也恢復正常了;海馬依賴的空間記憶學習能也像年輕小鼠那樣了;海馬腦區可塑性也恢復年輕小鼠的水,彷佛一夜間老年小鼠回到了年輕時候。

衰老後EP2受體不僅高度表達在中樞神經系統中,在外周血液髓細胞中也高度表達。研究人員向老年小鼠不能通過血腦屏障的EP2受體抑制性,也能神奇的促進老年小鼠年輕化。

總的來說,在衰老過程中無論是外周巨噬細胞還是中樞的小膠質細胞因限制葡萄糖的生物利用,因此“關閉”部分代謝活動,參與這些過程的主要是前列腺素E2.抑制前列腺素E2信號通路後,使老年小鼠煥發青春活力,擁有好記憶,年輕幾十歲。

其實前列腺素信號通路並不僅通過逆轉吞噬細胞的代謝障礙使小鼠返老還童,還可以通過抑制 前列腺素降解酶15-PGDH 讓衰老小鼠的肌肉年輕化,富有力量和彈性(2)。在老年化進程中出現各種器官或組織、細胞的衰退,可通過幹細胞替代丟失的細胞或受損細胞或通過清除衰老細胞等途徑防止組織進一步衰老。但是否真正意義實現返老孩童,還有待商榷。

論文鏈接:

相關文章