热量限制（Caloric restriction，CR）被公认为是能改善健康、抗衰老的非药物饮食干预方式。大量的研究证明CR能带来全身健康益处，包括改善老年人体质，缓解肥胖、胰岛素抵抗、肌肉退化、血脂异常、癌症等疾病。CR会引起生物体一系列的代谢变化，包括游离脂肪酸、胆固醇、维生素、胆汁酸等代谢物的变化，从而介导CR的生物学效应。其中，AMPK信号通路是CR发挥抗衰老作用的重要介质。AMPK调节与衰老相关的信号通路和细胞过程，包括自噬、蛋白质稳态、线粒体生成、有丝分裂、炎症、神经退化等。然而，当前对于CR介导代谢信号，哪一种代谢小分子，以及如何激活AMPK通路还不清楚。

2024年12月18日，厦门大学张宸崧和林圣彩院士团队在Nature期刊上背靠背发表了两篇文章。研究揭示了是石胆酸可模拟热量限制（CR）延缓衰老；热量限制模拟物石胆酸（LCA）激活AMPK的分子机制，发现TUB样蛋白3（TULP3）是LCA的直接受体，并鉴定出LCA通过激活TULP3–sirtuin–v-ATPase–AMPK通路，发挥延缓衰老的作用。

“Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction”文章，利用代谢组学方法和功能验证在小鼠血清中发现了CR介导的关键代谢信号石胆酸（LCA），并在不同的模型动物中验证LCA能通过AMPK依赖的方式延缓机体衰老、延长寿命。

01· 研究结果 ·

为了筛选CR介导的代谢物信号，作者收集了CR处理4个月的小鼠血清，细胞和动物实验表明该血清中含有激活AMPK的分子。作者通过热处理和透析处理表明血清发挥AMPK激活作用的分子不是蛋白，而是一种热稳定的小分子代谢物。接着，作者对CR处理血清样本和非CR处理血清样本进行非靶向代谢组学分析。为了更全面的检测血清中的代谢物，作者同时采用了LC-MS、GC-MS和毛细胞电泳质谱（CE-MS）进行非靶向代谢组学检测。 （ 小编注： GC-MS更适用于检测挥发性和热稳定性物质，如精油、脂肪酸等； LC-MS是生物样本最常用的检测方法，检测范围更广，可通过反向色谱柱或亲水极性柱检测大部分代谢物； 而CE-MS更适合检测生物样品中的离子型代谢物。 多种检测方法结合使用也是代谢组学中扩大代谢物检出数量的常用策略。 ）

通过此方法，作者筛选到了695个差异代谢物。为了进一步缩小差异代谢物范围，作者通过亲脂性结合柱去除血清中脂类物质和非极性物质后仍能发挥AMPK激活作用，于是作者对剩余341个极性代谢物逐一进行功能性验证。最后作者筛选到6个代谢物能激活AMPK通路，其中LCA是唯一在CR处理后的生理浓度下发挥作用的分子。

图1 CR处理的小鼠血清能激活细胞和组织中AMPK通路。a-d：不同细胞类型；e：肝脏；f：肌肉；h：热处理和透析后血清代谢物的作用；i：亲脂性结合柱纯化后血清代谢物的作用。

（图源：Qu, Q., et al., Nature, 2024）

随后作者利用靶向代谢组检测方法验证了LCA在CR处理的小鼠血清和组织中均呈现增高。且作者在细胞和动物实验喂食LCA均证实LCA能激活AMPK通路及其下游调控的信号通路，比如对mTORC1的抑制。通过添加MEK抑制剂发现LCA不是通过Camp-Epac-MEK通路激活AMPK；通过敲除TGR5发现LCA也不依赖TGR5激活AMPK；LCA也没有造成Ca2+的增加，说明LCA也不是通过CaMKK2介导的AMPK激活方式。以上结果表明LCA 是 CR 血清中的一种特异性代谢物，可在生理浓度下激活AMPK。

图2 LCA在CR处理后显著升高并能激活AMPK通路。a：添加LCA能激活AMPK通路；b-d：靶向代谢组分析CR处理后血清及组织中LCA的含量变化；e：LCA的衍生物不能激活AMPK通路；f-g：喂食 LCA导致血清和组织中LCA含量的增加，类似于CR处理；h：LCA处理能激活小鼠中AMPK通路。

（图源：Qu, Q., et al., Nature, 2024）

接着，作者在小鼠模型中研究了LCA对衰老表型的作用。饲喂小鼠1个月的LCA，其对小鼠肌肉功能的影响类似于CR处理。具体表现为LCA增加了氧化型肌肉纤维，降低了糖酵解纤维，增加了NAD+水平和线粒体数量，增强了线粒体呼吸功能。另外，在 LCA 处理的老年小鼠中，跑步距离、持续时间和握力也显着增加。敲除AMPKα能抑制了LCA的功效。这些结果表明LCA对小鼠焕发活性的功效依赖AMPK。

作者研究了LCA是否能延长寿命。在线虫和果蝇模型中，LCA也可以激活AMPK，并能延长其寿命。另外，LCA还能改善线虫和果蝇的健康水平，具体表现为以下指标的提高：线虫的咽泵率；线虫和果蝇的抗氧化应激性；果蝇对寒冷、高温和饥饿的耐受性；NAD+水平；mtDNA /nDNA 的比率；线虫和果蝇中的线粒体基因表达；线虫中氧化消耗速率等。敲除AMPKα则消除了LCA的抗衰老作用。以上结果表明，LCA可以模拟CR的抗衰老功效。

02· 小结 ·

综上所述，该研究通过代谢组学分析发现，石胆酸（LCA）是在CR期间丰度发生变化的代谢物之一，其单独作用能在小鼠中重现CR的效果，包括激活AMPK蛋白激酶、增强肌肉再生、恢复握力和运动能力，在线虫和果蝇中也能激活AMPK并诱导延长寿命和促进健康的效果。在所有三种动物模型中，AMPK的敲除会消除LCA诱导的表型。总之，单独给予CR介导的上调代谢物 LCA 可以通过 AMPK 依赖的方式为后生动物带来抗衰老益处。

03· 拜谱小结 ·

代谢物是环境因素与生物体互作后基因表达和蛋白功能的最终产物，更接近机体生理病理表型。代谢组学能全面的表征生物体中小分子代谢物，提供与生理和病理过程相关的代谢状态，为阐述病理机制和药物靶点提供依据。非靶向代谢组学通常在前期阶段辅助筛选与表型相关的代谢物，靶向代谢组学则是对我们感兴趣的代谢物进行靶向定量验证的方法。二者相互结合是代谢物小分子研究的常见思路。

拜谱生物作为国内领先的多组学公司，可提供完善成熟的代谢组学检测服务，包括基于LC-MS和GC-MS的非靶向代谢组学、医学高通量靶向代谢组学（可定量检测1000余种医学常见代谢物）、医学高通量靶向脂质组学（可定量检测4000余种脂质分子）；以及针对医学研究常涉及的代谢物panel所开发的靶向代谢组检测包，比如本研究中的胆汁酸kit，其它包括短链/中长链脂肪酸kit、氨基酸kit、多胺类kit、色氨酸kit、神经递质kti、能量代谢kit等。

拜谱生物靶向代谢组检测包

参考文献：

Qu, Q., Chen, Y., Wang, Y. et al. Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08329-5