禁食可以提高干细胞的再生能力

随着人们年龄的增长，他们的肠道干细胞开始失去再生能力。这些干细胞是所有新肠细胞的来源，所以这种下降会使人更难从胃肠道感染或其他影响肠道的疾病中恢复。

根据麻省理工学院生物学家的一项新研究，这种与年龄有关的干细胞功能丧失可以通过24小时的禁食来逆转。研究人员发现，禁食能显著提高老年和年轻小鼠的干细胞再生能力。

在禁食的小鼠中，细胞开始分解脂肪酸而不是葡萄糖，这一变化刺激干细胞变得更具再生能力。研究人员发现，他们还可以用一种激活相同代谢开关的分子来促进再生。研究人员说，这种干预可能有助于老年人从胃肠道感染中恢复，或帮助癌症患者接受化疗。

麻省理工学院生物学助理教授、科赫综合癌症研究所成员、该研究的资深作者之一奥梅尔·伊尔马兹说:“禁食对肠道有很多影响，包括促进再生，以及在任何影响肠道的疾病(如感染或癌症)中的潜在用途。”“了解禁食如何改善整体健康，包括成体干细胞在肠道再生、修复和衰老中的作用，是我实验室的根本兴趣所在。”

David Sabatini是麻省理工学院的生物学教授，也是怀特黑德生物医学研究所和科赫研究所的成员，也是这篇论文的资深作者，这篇论文发表在5月3日的《细胞干细胞》杂志上。

萨巴蒂尼说:“这项研究提供了证据，表明禁食会诱导肠道干细胞的代谢转变，从利用碳水化合物到燃烧脂肪。”有趣的是，将这些细胞转换为脂肪酸氧化可以显著增强它们的功能。该途径的药理学靶向可能为改善年龄相关疾病的组织稳态提供治疗机会。”

该论文的主要作者是怀特黑德研究所博士后Maria Mihaylova和科赫研究所博士后Chia-Wei Cheng。

提高再生

几十年来，科学家们已经知道低热量摄入与人类和其他生物的长寿有关。伊尔马兹和他的同事们对探索禁食如何在分子水平上发挥作用感兴趣，特别是在肠道中。

肠道干细胞负责维持肠道内壁，通常每五天更新一次。当受伤或感染发生时，干细胞是修复任何损伤的关键。随着人们年龄的增长，这些肠道干细胞的再生能力下降，因此肠道需要更长的时间来恢复。

“肠道干细胞是肠道的主力，它能产生更多的干细胞和肠道中所有不同的分化细胞类型。值得注意的是，在衰老过程中，肠干功能下降，这损害了肠道损伤后自我修复的能力，”伊尔马兹说。“在这方面的研究中，我们专注于了解24小时禁食是如何增强年轻和年老肠道干细胞的功能的。”

在小鼠禁食24小时后，研究人员取出肠道干细胞，并在培养皿中培养它们，以确定这些细胞是否能产生被称为类器官的“迷你肠”。

研究人员发现，来自禁食小鼠的干细胞再生能力翻了一番。

米哈伊洛娃说:“很明显，禁食对肠隐窝形成更多类器官的能力有巨大的影响，这是干细胞驱动的。”“我们在年轻老鼠和老年老鼠身上都看到了这种情况，我们真的很想了解驱动这种情况的分子机制。”

代谢开关

进一步的研究，包括对禁食小鼠干细胞的信使RNA进行测序，揭示了禁食诱导细胞从通常的代谢(燃烧糖类等碳水化合物)转变为代谢脂肪酸。这种转换是通过被称为ppar的转录因子的激活来实现的，它会打开许多参与脂肪酸代谢的基因。

研究人员发现，如果他们关闭了这一途径，禁食就不能再促进再生。他们现在计划研究这种代谢开关如何刺激干细胞来增强它们的再生能力。

他们还发现，通过用一种模拟ppar作用的分子治疗小鼠，他们可以重现禁食的有益效果。“这也非常令人惊讶，”程说。“只要激活一种代谢途径就足以逆转某些年龄表型。”

犹他大学医学院生物化学教授杰瑞德·拉特(Jared Rutter)称这一发现“有趣而重要”。

“这篇论文表明，禁食会导致驻留在该器官中的干细胞的代谢变化，从而改变它们的行为，促进更多的细胞分裂。在一组漂亮的实验中，作者通过在不禁食的情况下引起这些代谢变化来颠覆系统，并看到类似的效果，”没有参与这项研究的拉特说。“这项工作符合一个快速发展的领域，该领域正在证明营养和代谢对细胞行为有深远的影响，这可能会导致人类疾病。”

研究结果表明，药物治疗可以刺激再生，而不需要患者禁食，这对大多数人来说是困难的。接受化疗的癌症患者可能从这种治疗中受益，因为化疗往往会伤害肠道细胞。它还对患有肠道感染或其他胃肠道疾病的老年人有益，这些疾病可能会损害肠道内膜。

研究人员计划探索这种治疗的潜在有效性，他们还希望研究禁食是否会影响其他类型组织中干细胞的再生能力。

本文已从材料所提供的麻省理工学院．注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。

参考:

米哈伊洛娃，M. M.，程，C.，曹，A. Q.，崔帕希，S.，玛纳，M. D.，鲍尔-罗，K. E.，…伊尔马兹，Ö H.(2018)。禁食激活脂肪酸氧化增强稳态和衰老期间肠道干细胞功能。细胞干细胞，22(5)。doi: 10.1016 / j.stem.2018.04.001