日本科學(xué)家研發(fā)出了一種抗衰老疫苗，可以誘使免疫系統(tǒng)選擇性清除衰老細(xì)胞，延長生命。
衰老細(xì)胞廣泛存在于人、靈長類動物和嚙齒類動物的組織中，并且在人類的年齡相關(guān)的疾病，如骨關(guān)節(jié)炎、肺纖維化、動脈粥樣硬化和阿爾茲海默病患者的組織中都發(fā)現(xiàn)了衰老細(xì)胞。在之前的研究中，清除衰老細(xì)胞（Senolysis療法）是一種非常有前景的抗衰老治療策略，可以改善與小鼠衰老有關(guān)的正常和病理變化。然而，大多數(shù)抗衰老藥物都會抑制抗凋亡途徑，這就產(chǎn)生了對正常組織的副作用。所以科研人員一直在尋找沒有副作用新的Senolytics療法。
近日，來自日本的眾多研究機(jī)構(gòu)在國際期刊Nature Aging上發(fā)表了題為“Senolytic vaccination improves normal andpathological age-related phenotypes and increases lifespan in progeroid mice”的研究成果。該研究小組描述了他們開發(fā)的疫苗是如何起作用的以及它在用于測試小鼠時的效果。研究表明基于糖蛋白非轉(zhuǎn)移性黑色素瘤蛋白B（GPNMB）衰老抗原開發(fā)的多肽疫苗，可以選擇性清除衰老細(xì)胞，改善正常和病理性的衰老相關(guān)癥狀，并延長了早衰小鼠的壽命，尤其是雄性小鼠。
為了開發(fā)一種更有針對性的、減少脫靶效應(yīng)的衰老細(xì)胞清除療法，研究人員使用衰老的人血管內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來尋找具有跨膜結(jié)構(gòu)域的蛋白。通過使用數(shù)據(jù)分析工具GEO2R和蛋白質(zhì)的跨膜分析軟件TMHMM2.0，推測了10個存在跨膜區(qū)域的基因。在這些基因中，研究人員選擇GPNMB作為候選的seno-抗原基因。因為研究人員在進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)制性衰老的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）中，GPNMB的表達(dá)顯著增加。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在老齡小鼠、載脂蛋白E被敲除的小鼠和高脂飲食小鼠(HFD)的主動脈和隔離內(nèi)皮細(xì)胞中，GPNMB的表達(dá)顯著上調(diào)，并顯示這種上調(diào)與衰老標(biāo)志物的表達(dá)增加有關(guān)，比如p53和p21。此外，GPNMB在老年小鼠的其他組織也有上調(diào)現(xiàn)象，比如肺、內(nèi)臟脂肪和骨髓，以及HFD喂養(yǎng)的小鼠的內(nèi)臟脂肪中。組織學(xué)檢查顯示，GPNMB在動脈粥樣硬化患者的血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，但在無動脈粥樣硬化患者的細(xì)胞中沒有上調(diào)。同樣，與無動脈粥樣硬化患者的白細(xì)胞相比，動脈粥樣硬化患者的白細(xì)胞中GPNMB的表達(dá)也明顯增加。這些結(jié)果表明，GPNMB可能是用于衰老治療的一個分子靶點(diǎn)。
為了探究GPNMB作為衰老治療的分子靶點(diǎn)的可能性，研究人員建立了轉(zhuǎn)基因小鼠模型，其中白喉毒素受體（DTR）和熒光素酶在Gpnmb基因位點(diǎn)表達(dá)（Gpnmb-DTR-熒光素酶小鼠），這樣可以使研究人員能夠通過監(jiān)測熒光素酶活性來檢測Gpnmb陽性細(xì)胞并通過給予白喉毒素（DT）消除這些細(xì)胞。Gpnmb-DTR-熒光素酶小鼠在4至16周齡時以高脂飼料喂養(yǎng)，在12和14周時腹腔注射DT。研究結(jié)果與研究人員對HFD小鼠內(nèi)臟脂肪中Gpnmb表達(dá)的western blot分析一致，在16周時對Gpnmb-DTR-熒光素酶小鼠進(jìn)行分析，在腹部檢測到強(qiáng)烈的熒光素酶信號。相反，給與DT會降低腹部的熒光素酶活性，這種降低與內(nèi)臟脂肪組織衰老樣變化的改善有關(guān)，比如衰老相關(guān)的β-半乳糖酶（SA-β-gal）活性的降低以及Cdkn2a和Cdkn1a表達(dá)的下調(diào)說明了這一點(diǎn)。Gpnmb陽性細(xì)胞的缺失也明顯改善了HFD所引起的代謝異常。此外，研究人員建立了具有載脂蛋白E 被敲除的Gpnmb-DTR-熒光素酶小鼠模型，研究結(jié)果顯示，Gpnmb陽性細(xì)胞的缺失明顯減少了動脈粥樣硬化斑塊的負(fù)擔(dān)，這進(jìn)一步證明了GPNMB可能是衰老治療的分子靶點(diǎn)。
接下來，研究人員開發(fā)了一種Gpnmb的多肽疫苗，以進(jìn)一步探索接種GPNMB疫苗對HFD小鼠代謝異常的影響。小鼠從4周齡開始喂養(yǎng)高脂飲食，并在8周齡時通過皮下注射Gpnmb疫苗進(jìn)行免疫，隨后在16周時進(jìn)行檢測分析。研究結(jié)果顯示，疫苗減少了Gpnmb的表達(dá)和內(nèi)臟脂肪組織中相關(guān)的熒光素酶活性，表明這種疫苗消除了Gpnmb陽性細(xì)胞。此外，接種Gpnmb疫苗還能減弱p19Arf依賴的熒光素酶活性增加，并顯著改善內(nèi)臟脂肪組織中衰老樣表型變化（SA-beta-gal活性的增加和細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控因子的上調(diào)），與給予對照疫苗的小鼠相比，明顯改善了代謝狀況。然而，當(dāng)研究人員給Gpnmb敲除的小鼠注射Gpnmb疫苗時，卻沒有觀察到這些效果，表明疫苗產(chǎn)生的效應(yīng)是由Gpnmb介導(dǎo)的。此外，當(dāng)對接種的小鼠進(jìn)行抗NK或CD8+T細(xì)胞的中和抗體處理時，Gpnmb疫苗的有益影響減弱，表明NK和CD8+ T細(xì)胞對Gpnmb疫苗在體內(nèi)的效應(yīng)至關(guān)重要。
在另一個實驗中，研究人員從4周齡開始給載脂蛋白E 被敲除的小鼠喂食HFD，在8周齡時注射Gpnmb疫苗，隨后在16周時進(jìn)行檢測分析。研究結(jié)果顯示，與對照疫苗相比，注射Gpnmb疫苗可明顯減少動脈粥樣硬化，并降低主動脈中依賴Gpnmb的熒光素酶活性。主動脈中促炎癥分子的表達(dá)因Gpnmb疫苗接種而下調(diào)，同時Gpnmb和細(xì)胞周期陰性調(diào)節(jié)劑的表達(dá)也減少。
為了研究接種疫苗對正常衰老的影響，研究人員給中年小鼠（50周齡）注射了Gpnmb疫苗，并在接種疫苗后20周（70周齡）時進(jìn)行實驗分析。研究結(jié)果顯示，在對照組中小鼠總運(yùn)動量和平均運(yùn)動速度都隨著年齡的增長而下降，但這些與年齡相關(guān)的這些變化在接種Gpnmb疫苗后得到了明顯的改善。為了進(jìn)一步探索Gpnmb疫苗對壽命的影響，研究人員在10周齡時給Zmpste24敲除小鼠（早衰癥模型）接種疫苗，并評估其存活率。研究結(jié)果顯示，在對照組中，所有的老鼠都在30周齡的時候死亡。相比之下，小鼠尤其是雄性小鼠，接種Gpnmb疫苗后其存活率更高。同樣，與對照組小鼠相比，注射Gpnmb疫苗顯著延長了Zmpste24敲除小鼠的中位壽命（雄性小鼠21.7±1.27周vs 27.1±1.53周；雌性小鼠20.5±1.13周vs 23.2±1.46周）。
先前的研究已經(jīng)驗證了20多種藥物，它們都能選擇性地清除衰老細(xì)胞。其中，達(dá)沙替尼和槲皮素（D+Q）這兩種衰老劑的組合，已被證明能明顯改善老年小鼠的血管舒縮功能，并緩解肥胖引起的代謝功能障礙。此外，Navitoclax（ABT-263）已被證明可以改善葡萄糖代謝和β細(xì)胞功能，同時減少衰老標(biāo)志物和SASP因子的表達(dá)。
研究人員比較了Gpnmb疫苗接種與D+Q和Navitoclax治療對小鼠的影響。研究結(jié)果顯示，用D+Q或Navitoclax治療組，p19Arf依賴的熒光素酶活性的增加在腹部被削弱。同樣，Gpnmb疫苗接種抑制了p19Arf依賴性熒光素酶活性的增加，同時抗Gpnmb抗體的滴度增加。此外，內(nèi)臟脂肪組織中衰老樣表型變化（SA-beta-gal活性的增加和Cdkn2a的上調(diào)），小鼠16周齡時在D + Q和Navitoclax組中得到改善，然而這些有益的影響在24周齡時下降了。相反，Gpnmb疫苗接種組持續(xù)改善了內(nèi)臟脂肪組織的衰老樣表型變化。用D+Q或Navitoclax治療可改善葡萄糖不耐受，但24周齡時出現(xiàn)了胰島素抵抗。相反，Gpnmb疫苗接種組對糖代謝的有利影響持續(xù)到24周齡。
總之，在這項研究中，研究人員開發(fā)的衰老疫苗改善了與衰老有關(guān)的正常和病理性的衰老相關(guān)癥狀，并延長了早衰小鼠的壽命。研究人員表示，這是一項令人興奮的研究，因為該研究可能為Senolytics療法提供一種全新的策略。
