2018年5月3日

隨著年齡的增長，腸道幹細胞開始失去再生能力。這些幹細胞是所有新腸細胞的來源，因此這種下降會使從胃腸道感染或其他影響腸的疾病中恢復的難度更大。

麻省理工學院生物學家的一項新研究表明，這種與年齡相關的幹細胞功能喪失可以通過24小時快速逆轉。研究人員發現，禁食可以顯著提高老年和幼年小鼠的幹細胞再生能力。

在空腹小鼠中，細胞開始分解脂肪酸而不是葡萄糖，這種變化刺激幹細胞變得更具再生性。研究人員發現，他們還可以通過激活相同代謝開關的分子來促進再生。研究人員說，這種干預措施有可能幫助老年人從胃腸道感染或接受化療的癌症患者中康復。

麻省理工學院生物學助理教授奧默爾·耶爾馬茲（Omer Yilmaz）表示：“空腹對腸道有很多影響，包括促進再生以及對任何可能影響腸道的疾病（如感染或癌症）的潛在用途”是科赫綜合癌症研究所的成員，也是該研究的資深作者之一。“了解禁食如何改善整體健康狀況，包括成人幹細胞在腸道再生，修復和衰老中的作用，這是我實驗室的基本利益。”

麻省理工學院生物學教授，懷特海生物醫學研究所和科赫研究所成員大衛·薩巴蒂尼（David Sabatini）也是該論文的資深作者，該論文發表在5月3日的《Cell Stem Cell》上。

薩巴蒂尼說：“這項研究提供了證據，表明禁食會引起腸道幹細胞的代謝轉換，從利用碳水化合物到燃燒脂肪。” 有趣的是，將這些細胞轉換為脂肪酸氧化可顯著增強其功能。該途徑的藥理靶向可能為改善與年齡相關的病理組織的體內平衡提供治療機會。” 

該論文的主要作者是懷特海德研究所的博士後瑪麗亞·米哈伊洛娃（Maria Mihaylova）和科赫研究所的博士後鄭家瑋。

促進再生

幾十年來，科學家們知道低熱量的攝入與人類和其他生物體壽命的延長有關。Yilmaz和他的同事對探索禁食如何在分子水平，特別是在腸道中發揮作用感興趣。

腸幹細胞負責維持腸壁，腸壁通常每五天更新一次。當發生傷害或感染時，幹細胞是修復任何損傷的關鍵。隨著年齡的增長，這些腸道幹細胞的再生能力下降，因此腸道恢復需要更長的時間。

“腸道幹細胞是腸道的主力軍，它會產生更多的幹細胞以及腸道的所有各種分化細胞類型。值得注意的是，在衰老過程中，腸幹功能會下降，從而損害腸在受損後自我修復的能力。” Yilmaz說。“在這方面的研究中，我們專注於了解24小時禁食如何增強年輕老腸幹細胞的功能。”

小鼠禁食24小時後，研究人員將腸幹細胞移出並在培養皿中生長，從而使他們能夠確定細胞是否會產生稱為類器官的“小腸”。

研究人員發現，來自禁食小鼠的幹細胞的再生能力提高了一倍。

“很明顯，禁食對腸道隱窩形成更多由幹細胞驅動的類器官的能力產生了巨大影響，” Mihaylova說。“這是我們在年輕小鼠和老年小鼠中都看到的，我們真的很想了解驅動這一現象的分子機制。”

代謝開關

進一步的研究，包括對禁食小鼠幹細胞的信使RNA進行測序，發現禁食可誘導細胞從通常的代謝（燃燒碳水化合物，如糖）轉變為代謝脂肪酸。這種轉換是通過激活稱為PPAR的轉錄因子而發生的，該因子可激活許多參與脂肪酸代謝的基因。

研究人員發現，如果他們關閉這種途徑，禁食將不再能促進再生。他們現在計劃研究這種新陳代謝轉換如何激發幹細胞增強其再生能力。

他們還發現，通過用模擬PPAR作用的分子治療小鼠，可以重現禁食的有益作用。“這也非常令人驚訝，” Cheng說。“僅激活一種代謝途徑就足以逆轉某些年齡表現。”

猶他大學醫學院生物化學教授Jared Rutter表示，研究結果“有趣且重要”。

“本文顯示，禁食會導致該器官中存在的幹細胞發生代謝變化，從而改變其行為以促進更多的細胞分裂。” 在一系列漂亮的實驗中，作者通過引起這些代謝變化而不禁食而破壞了系統，並看到了相似的效果。”未參與研究的Rutter說。“這項工作適合迅速發展的領域，表明營養和新陳代謝對細胞的行為具有深遠的影響，這可能是人類疾病的誘因。”

研究結果表明，藥物治療可以刺激再生而無需患者齋戒，這對大多數人來說是困難的。可以從這種治療中受益的人群是正在接受化學療法的癌症患者，這通常會損害腸道細胞。它也可能有益於經歷腸道感染或其他可能損害腸壁的胃腸道疾病的老年人。

研究人員計劃探索這種療法的潛在效力，他們還希望研究禁食是否會影響其他類型組織中幹細胞的再生能力。

該研究由美國國立衛生研究院，V基金會，Sidney Kimmel學者獎，Pew-Stewart信託學者獎，通過MIT基金會提供的MIT幹細胞計劃，通過Kathy and Curt Marble進行的Koch研究所前沿研究計劃資助。癌症研究基金，美國衰老研究聯合會，達蒙·魯尼恩癌症研究基金會，羅伯特·布萊克慈善基金會，科赫學院路德維希博士後獎學金，格倫/ AFAR老年醫學突破獎和霍華德·休斯醫學院。

本文轉載自MIT News 

https://news.mit.edu/2018/fasting-boosts-stem-cells-regenerative-capacity-0503