Cell：研究发现通过交换细胞间代谢物，可延长双方寿命

新陈代谢在多个层面影响衰老过程，包括生长、细胞修复以及维持体内平衡。同时，新陈代谢也会产生反应性分子，例如超氧化物或甲基乙二醛。

机体关键的代谢信号系统，主要包括AMP活化蛋白激酶 (AMPK) 和雷帕霉素靶标 (TOR) 通路，这也是调节细胞衰老和寿命的关键通路。

新陈代谢一个越来越被认可的特性是它不仅发生在细胞内部，还涉及细胞和组织与环境之间的代谢物交换。但是，关于细胞间代谢相互作用在衰老过程中的作用目前尚不清楚。

2023年1月5号，来自英国剑桥大学的科学家在 Cell 发表题为“Cell-cell metabolite exchange creates a pro-survival metabolic environment that extends lifespan”的文章，该文章首次将代谢物交换确定为细胞衰老的决定因素，并表明细胞间代谢合作可以通过塑造代谢环境从而延长双方寿命。

本篇文章重点强调以下四个方面：

1) 酵母细胞间可以交换代谢物；

2) 代谢物交换可以决定细胞寿命；

3) 延长寿命的外代谢组改变了多种衰老途径。

为了研究 CLS 实验期间的新陈代谢，研究人员使用了常用酵母实验室菌株 BY4741，细胞在基础培养基中分批培养，先后经历指数期、早期静止期和静止期。

随后研究人员使用靶向代谢组学方法量化细胞内氨基酸和核苷酸，以及糖酵解和三羧酸 (TCA) 循环中间体。这些实验证实，细胞在指数期释放的氨基酸被静止细胞所吸收，这可以从12C-或13C-葡萄糖上培养的培养物中含有13C-或12C的氨基酸的细胞内水平的增加中看出。因此，酵母细胞在年龄老化过程中存在代谢物交换现象。

为了探究代谢物交换可能对CLS产生什么影响，研究人员随后使用了一种增加代谢物交换相互作用的方法来测试代谢物交换对CLS的影响。SeMeCo 中的代谢物交换相互作用增加，其中编码必需代谢酶的质粒的分离在菌落形成过程中随机引入营养缺陷型（代谢缺陷）。

SeMeCo 形成一个包含营养缺陷型的群落，该群落在专性代谢物共享的基础上作为一个群落生长。与工程代谢物共享群落相比，SeMeCo 中的细胞没有改变生物合成途径，也没有呈现反馈抗性。相反，它们增加了细胞之间发生的代谢相互作用的数量。与野生型群落相比，SeMeCo 的特点是代谢物输出活动总体增加，细胞外代谢物浓度增加。为了对生存进行独立评估，研究人员还使用活细胞/死细胞染色测定法监测细胞活力，发现在后期时间点，SeMeCo 还含有明显更多的活细胞。总的来说，这一些列实验表明代谢物交换显着延长了酵母群落的寿命。

总的来说，本文通过研究芽殖酵母在CLS期间的代谢，揭示了代谢物交换相互作用在细胞衰老中的作用。首次将代谢物交换确定为细胞衰老的决定因素，并表明细胞间代谢合作可以通过塑造代谢环境从而延长双方寿命。

Markus Ralser教授

本文通讯作者Markus Ralser指出：这是首次确定代谢物交换是影响细胞寿命和衰老过程的决定因素。

原始出处：

ClaraCorreia-Melo， et al. Cell-cell metabolite exchange creates a pro-survival metabolic environment that extends lifespan. Cell， Volume 186， Issue 1， 5 January 2023， Pages 63-79.e21.