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呼吸有害,氧气有毒?哈佛大学研究显示,缺氧可延长寿命并改善大脑功能

发表于:2023-05-29   作者:超级管理员   来源:MedSci   点击量:10836

该研究表明,氧气似乎真的是一种“慢性毒药”:在衰老小鼠模型(Ercc1Δ/-小鼠)中,慢性持续缺氧(11%的氧气浓度,相当于珠峰大本营的氧气浓度)可以将小鼠寿命延长50%,并改善了老年小鼠的神经功能。


对于绝大多数的地球生命而言,氧气无疑是维持生存的必要因素。缺少水和食物,还可以存活数天,但缺少氧气,几分钟就足以让人窒息而死,这是因为细胞的新陈代谢必须要有足够的氧气,各种营养物质必须同氧结合,才能释放能量。

然而,在早期地球,所有的生物都是厌氧的,对于早期生命(厌氧细菌)而言,氧气是剧毒之物。只是在漫长的进化过程中,地球生命逐渐爱上了这种“毒药”,并且一发不可收拾,到现在,地球上的绝大多数生物变成了“好氧生物”。

从这一点来看,氧气真的不再有害吗?即使经过漫长的进化,氧气是否只是从一种致命剧毒变成一种慢性毒药,平均80年就结束一个人的生命?

2023年5月23日,哈佛大学医学院麻省总医院的研究人员在 PLOS Biology 期刊发表了题为:Hypoxia extends lifespan and neurological function in a mouse model of aging(在衰老小鼠模型中,缺氧延长了寿命和神经功能)的研究论文。

该研究表明,氧气似乎真的是一种“慢性毒药”:在衰老小鼠模型(Ercc1Δ/-小鼠)中,慢性持续缺氧(11%的氧气浓度,相当于珠峰大本营的氧气浓度)可以将小鼠寿命延长50%,并改善了老年小鼠的神经功能。这是“氧气限制”首次在哺乳动物衰老模型中被证明是有益的。

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随着全球老龄化浪潮的加剧,抗衰老研究成为当下最热门的研究领域之一。许多研究工作已经确定了不少化合物可以延长健康寿命,并在哺乳动物实验模型中显示出令人兴奋的效果。例如,二甲双胍目前正在老年人身上进行人体临床试验,以评估其对常见与年龄有关的慢性疾病发病和死亡率的潜在影响。

值得注意的是,在一系列抗衰老干预措施中,饮食限制(Dietary Restriction,DR)脱颖而出,这种抗衰老疗法不仅容易实施,并且在酵母、线虫、果蝇、小鼠和大鼠等广泛物种中均有延寿效果。由此发人深思,饮食限制体现于对机体新陈代谢的控制,那么氧气限制是否也能起到同样的效果呢?

实际上,此前已有研究证实,在酵母、线虫和果蝇中,氧气限制与寿命延长有关,但迄今为止,它对哺乳动物的影响仍然未知。为了探索氧气限制在哺乳动物中的抗衰老潜力,研究团队选取了衰老小鼠模型作为研究对象,这些小鼠被培育得比其他正常小鼠衰老得更快,同时全身都显示出哺乳动物衰老的典型特征。

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氧气限制(11%氧气浓度)显著延长了小鼠的寿命

研究人员在不同的氧气浓度下饲养这些易衰老小鼠。与在正常氧气浓度(21%)下生活的小鼠相比,生活在11%氧气浓度(与海拔5200米的珠峰大本营氧气浓度相似)的衰老小鼠模型的寿命更长,其平均寿命为23.5周,而在正常氧气水平下这些小鼠的寿命仅为15.7周,相当于限制氧气让它们延寿了50%。

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氧气限制改善了衰老小鼠模型的神经功能

鉴于之前的研究表明,饮食限制同样也可以延长衰老小鼠的寿命,研究团队想知道,氧气限制是否仅仅是通过改变动物的饮食习惯来延长它们的寿命。然而,他们发现,氧气限制并不影响小鼠的食物摄入,也不会显著影响DNA损伤或衰老的标志物。

这表明氧气限制不仅仅是减轻了Ercc1突变的直接影响,而是通过未知的机制作用于下游,导致Ercc1Δ/-小鼠的寿命延长。

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氧气限制对小脑转录组的影响

论文第一作者 Robert Rogers 博士表示,慢性持续缺氧在至少三种其他神经系统疾病小鼠模型中被报道是有益的,在这些不同的模型中,缺氧减轻大脑退化的能力要么表明限氧的多效作用,要么表明存在下游和趋同的神经保护机制。

有趣的是,氧气限制的延寿效应在人类中也有体现。例如,最近在玻利维亚进行的一项研究表明,在高海拔地区,90岁和百岁老人的数量显著增加。此外,成年后搬到高海拔地区可能对健康有益:1965年至1972年间,一项对两万多名印度陆军士兵的纵向研究发现,驻守高海拔地区的士兵患上糖尿病、高血压和缺血性心脏病等疾病的风险更低。

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小脑基因表达随基因长度变化的累积分布功能

总而言之,这些研究结果支持了氧气限制在哺乳动物乃至人类中的抗衰老潜力。当然,目前关于氧气限制带来延寿效应还需要进一步的研究来阐明,例如具体分子机制是什么,这种机制与已知的、与衰老有关的信号通路有多大程度的重叠,这种机制是否在所有器官中都有效地起作用。

Robert Rogers 博士,长期生活在11%的氧气浓度下对于多数人而言还是太困难,确定更实用的缺氧方案(如间歇性缺氧)或适度低氧浓度(17%氧气浓度)是否同样可以延长寿命,是十分重要的。

论文链接:

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002117

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