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從早衰症突變蛋白質 探討肌肉衰老對壽命影響

2020-10-30 18:52經濟日報 曹松清

國衛院生技與藥物研究所洪明秀代理所長(左起)、生技與藥物研究所副研究員紀雅惠、院...
國衛院生技與藥物研究所洪明秀代理所長(左起)、生技與藥物研究所副研究員紀雅惠、院長梁賡義出席記者會。 國衛院/提供
肌肉除了具有支撐身體的功能外,也是人體最大的產熱、新陳代謝及內分泌器官。不僅如此,肌肉功能的衰老程度也與身體的老化息息相關,但是背後的機制仍不清楚。

國家衛生研究院生技與藥物研究所副研究員紀雅惠研究團隊,透過基因工程的方法將造成早衰症的突變基因─早衰蛋白(progerin)導入小鼠肌肉細胞,藉此研究肌肉功能與壽命之間的關聯性。

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研究發現,早衰蛋白會與肌肉細胞內質網的肌脂蛋白(sarcolipin)產生過度的交互作用,造成肌肉細胞內的鈣離子失去恆定,影響肌肉細胞在體溫調節與代謝上等功能,進而導致小鼠壽命縮短,顯示肌肉功能的衰老程度與壽命的長度有明顯的相關性。此研究成果已於今(109)年2月發表於國際細胞老化研究頂尖期刊《Aging Cell》。

紀雅惠長期致力於早衰症(Hutchinson-Gilford Progeria syndrome, HGPS)的研究,早衰症是一種罕見的先天遺傳性疾病,造成早衰症的主因是由於核纖層蛋白A(lamin A)因為突變所產生的早衰蛋白(progerin)而導致。此外,早衰症患者身體的老化速度約為正常人的八倍,主要症狀有肌肉減少、心血管疾病等等。

透過多年來在早衰症的研究基礎上,紀雅惠博士研究團隊建構出可以誘導早衰蛋白在特定組織表達的小鼠模式,並發現在肌肉細胞專一表達早衰蛋白足以降低肌肉量,進而改變體溫恆定以及能量的代謝,最終縮短小鼠壽命而導致小鼠提早死亡。同時,紀雅惠博士也發現與肌肉產熱相關的肌脂蛋白(sarcolipin)在早衰小鼠的肌肉中會大量表現,特別的是,如果移除肌脂蛋白,將會加速早衰小鼠的死亡,這些研究證據顯示出肌肉的產熱功能與壽命相關。

透過分子層級的實驗進一步發現,早衰蛋白會與肌脂蛋白、鈣結合蛋白(calnexin)產生增強的交互作用,將原本位於細胞內質網的蛋白質號召到細胞核膜上。一般而言,肌脂蛋白的功能在於抑制SERCA2鈣離子通道,並將所消耗的ATP轉成熱能;鈣結合蛋白的功能則是調節內質網的鈣離子濃度,以及幫助新生的蛋白質摺疊。

但是,由於早衰蛋白與肌脂蛋白、鈣結合蛋白過度的交互作用,造成鈣離子失去平衡,進而導致產熱與代謝的失能,進而改變體溫恆定以及能量的代謝,進而導致壽命縮短。

其實,大家常聽到的肌少症(sarcopenia)、衰弱症(frailty)等病症,共同特徵也是骨骼肌肉的質量和功能逐漸喪失,肌肉質量的下降將直接導致肌肉功能受損,並增加跌倒的可能風險和自主活動功能喪失。

紀雅惠補充,這次的研究結果也發現衰老的肌肉會過度利用肌肉顫慄來產生熱能以維持生理恆定。因此,未來研究團隊除了持續針對肌肉衰老與人類壽命進行更多探究以外,對於肌肉功能衰弱的患者,她也建議可以提供溫暖的環境來達到一定的保護效果,並作為相關疾病患者的照護參考。

研究論文全文:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6996945

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