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为什么人类会随着年老而丧失活力,体内堆积越来越多的垃圾?据美国物理学家组织网8月30日报道,美国南加利福尼亚大学生物学家最近发现,随着细胞老化,它们调动一种天然抗氧化剂——Lon蛋白酶的能力会大大下降,而Lon蛋白酶负责把损坏的蛋白质分解并清除掉。该发现有助于制定合理的饮食结构,开发延缓衰老过程的新药。研究论文发表在最近出版的《老年医学期刊》(The Journals of Gerontology )上。 细胞利用氧气产生能量的中心是线粒体,但这一过程并不完美,氧气会泄露出来与其他元素结合,生成具有破坏性的氧化剂,会损害或杀死身体组织。Lon蛋白酶能从线粒体中清除被氧化了的蛋白质,对保护线粒体、维持线粒体再生起着重要作用。 研究小组在2002年时发现了Lon蛋白酶,并发现其数量会随着年龄增加而减少。线粒体功能会随机体老化而下降,一个重要方面就是Lon蛋白酶的减少。当氧化剂攻击细胞时,氧化压力会使细胞召集这些酶来增援以抗氧化。在新研究中,他们发现老年细胞的Lon蛋白酶在应对氧化压力时明显迟钝,而且数量不再增加。 “如果没有Lon蛋白酶‘后备军’,‘常备军’就无法抵抗氧化剂的持续进攻。”论文作者之一、南加州大学列奥纳多·戴维斯老年医学院教授凯文·戴维斯解释说,抗老化是一场最持久的战争,后备酶的补充至关重要。 研究小组把人类肺部细胞暴露在过氧化氢(一种强氧化剂,机体代谢某些药物、毒素、杀虫剂或除草剂时可能产生过氧化氢)中进行实验,观察细胞与氧化剂之间的战斗。他们发现,年轻细胞能在5小时内使细胞中的Lon蛋白酶“后备军”的数量增加一倍,并保持一整天,在一些实验中,年轻细胞甚至能将“后备军”增加到7倍;中年细胞要花一整天才能调动“后备军”使酶的数量加倍,在此期间细胞则暴露于有害的氧化蛋白质中;而在老年细胞中,“常备军”也只能调动起一半,而且在24小时内并无“后备军”增援。 目前,研究小组正在研究能提高Lon蛋白酶功能的新方法。戴维斯指出,机体诱发合成Lon蛋白酶的能力、抗氧化压力的能力在老化过程中更为重要,但服用Lon蛋白酶来抗衰老是没用的,因为在它们到达目标之前,就会被消化系统分解成氨基酸。 Impairment of Lon-Induced Protection Against the Accumulation of Oxidized Proteins in Senescent Wi-38 Fibroblasts Jenny K. Ngo1,2, Laura C. D. Pomatto1, Daniela A. Bota3, Alison L. Koop1 and Kelvin J. A. Davies1,2 Oxidative damage to mitochondrial proteins is thought to contribute to the aging process, but the Lon protease normally degrades such proteins. In early-passage WI-38 human lung fibroblasts, Lon expression is rapidly induced during H2O2 stress, which prevents the accumulation of oxidized proteins and protects cell viability. In contrast, middle passage cells exhibit only sluggish induction of Lon expression in oxidative stress, and oxidized proteins initially accumulate. Late-passage, or senescent, cells have low basal levels of Lon and high levels of accumulated oxidized proteins; in response to oxidative stress, they fail to induce Lon expression and exhibit continually increasing accumulation of oxidized proteins. Senescent cells separated into two populations, one exhibiting normal mitochondrial mass and a second displaying significant loss of mitochondria; both populations had diminished mitochondrial transmembrane potential. These senescent changes are similar to the effects of Lon silencing in young cells. We suggest that loss of Lon stress inducibility is part of a pattern of diminishing stress adaptability that predisposes cells to senescence.
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