封面圖片顯示了 NANOG 在小鼠模型中恢復骨骼肌再生。頂部三個面板中的紅色是蛋白質 PAX7，底部三個面板中的紅色是 eMyHC（胚胎肌球蛋白重鏈）。層粘連蛋白中所有面板中的綠色和細胞核中所有面板中的藍色。圖片來源：布法羅大學。
兩項新研究建立了關於乾細胞如何工作的知識；可能會導致治療與年齡有關的疾病的新藥
紐約州布法羅——最近的實驗室研究表明，衰老是一個可逆的過程，這一進步促使科學家們尋找方法來阻止細胞和組織的功能衰退，並恢復它們的再生能力。
這包括布法羅大學的研究人員，化學工程師 Stelios Andreadis 表明胚胎基因 NANOG 可以重新編程衰老（衰老）的成體幹細胞和骨骼肌細胞，從而逆轉衰老的特徵。
然而，NANOG 究竟是如何工作的一直是個謎。
現在，來自 Andreadis 實驗室的兩項新研究正在幫助回答這個問題。Cell Reports中的一篇探討了 NANOG 在恢復老化干細胞線粒體功能方面的作用。另一篇於 2 月 16 日發表在Nature Communications上，闡明了它如何逆轉骨骼肌的衰老。
這些作品建立在科學界對 NANOG 的理解之上，NANOG 以愛爾蘭民間傳說中的青年神話之地命名，並可能有助於開發模仿該基因的藥物。
“通過這些研究，我們發現 NANOG 通過恢復年輕細胞中活躍的代謝途徑來逆轉細胞衰老。這使我們更接近開發改進的治療方法，這將有助於減輕全世界與年齡相關疾病作鬥爭的人們的痛苦，”紐約州立大學工程與應用科學學院化學與生物工程系特聘教授 Andreadis 博士說。
恢復老化干細胞中的線粒體功能
在 Cell Reports 中，研究團隊專注於衰老的間充質乾細胞。這些是分裂和生長能力大大降低的老化細胞。
在這些細胞內，研究小組發現糖酵解和線粒體呼吸受到損害。這種情況導致細胞——為了尋找新的能源——重新調整它們的新陳代謝以分解一種叫做谷氨酰胺的氨基酸。這種作用導致細胞內尿素的積累，進一步阻礙了線粒體為細胞提供能量的能力，從而導致更多的衰老。
為了對抗這種代謝重組，該團隊抑制了一種稱為谷氨酰胺酶 1 的酶，這種酶可阻止細胞分解谷氨酰胺。
“這部分恢復了線粒體功能並減少了動物模型中細胞衰老的標誌，”該研究的主要作者、Andreadis 實驗室的博士生 Debanik Choudhury 說。
研究小組在 Hutchinson-Gilford 早衰綜合徵患者的細胞中觀察到了類似的結果，這是一種罕見的進行性遺傳疾病，會導致兒童迅速衰老。
逆轉骨骼肌衰老
在 Nature Communications 中，研究人員調查了衰老和恢復活力的成肌細胞（構成肌肉組織的細胞）中發生的與年齡相關的代謝變化。
這些使用體外和體內衰老模型的實驗表明，成肌細胞患有糖酵解和胰島素抵抗受損。實驗還表明，成肌細胞通過分解蛋氨酸產生三磷酸腺苷（一種為細胞過程提供能量的有機化合物），蛋氨酸是一種必需氨基酸，也存在於肉類、魚類和乳製品中。
這個過程會產生大量的銨，可能會加劇細胞老化。
為了解決這個問題，該團隊表達了——基因中編碼的信息轉化為功能的過程——NANOG。反過來，這抑制了甲硫氨酸腺苷轉移酶 2A（甲硫氨酸途徑中的第一種酶）的產生，導致銨減少、胰島素敏感性恢復、葡萄糖攝取增加以及損傷後肌肉再生增強。
此外，研究人員還發現，阻斷甲硫氨酸腺苷轉移酶 2A 會激活 Akt2 信號——一種參與胰島素信號傳導的酶。它還可以修復丙酮酸激酶、恢復糖酵解並促進再生，所有這些都會顯著增強早衰小鼠模型的肌肉力量。
Nika Rajabian 博士是該研究的主要作者，他曾是 Andreadis 實驗室的學生，而 UB 公共衛生與健康專業學院康復科學系臨床副教授 Kirkwood Persnius 博士合作了工作。
“我們的研究表明，抑制甲硫氨酸代謝可能會恢復與年齡相關的損傷，並顯著增加肌肉力量和癒合能力，”Rajabian 說。
“因為研究涉及代謝途徑，這可能會導緻小分子的發展——換句話說，藥物——模仿 NANOG 恢復新陳代謝和逆轉衰老的細胞標誌，如炎症和 DNA 損傷，”Andreadis 說。
支持和共同創作信息
Cell Reports 研究得到了美國國立衛生研究院和紐約州衛生部項目紐約幹細胞科學的資助。
其他合著者代表 UB 生物醫學工程系，工程與應用科學學院與 Jacobs 醫學院與生物醫學科學學院的聯合項目；UB 的紐約州生物信息學和生命科學卓越中心；雅各布斯學院醫學系老年病學和姑息醫學科；以及 UB 的細胞、基因和組織工程中心。
Nature Communications 研究得到了美國國立衛生研究院的資助。
其他合著者代表雅各布斯學院醫學系老年病學和姑息醫學分部；UB 生物醫學工程系；Roswell Park 綜合癌症研究所的基因打靶和轉基因共享資源；UB 公共衛生與健康專業學院康復科學系；雅各布斯學院生理學和生物物理學系；UB 的紐約州生物信息學和生命科學卓越中心；以及 UB 的細胞、基因和組織工程中心。
