一项来自美国巴克研究所(Buck Institute)的研究提出了一个引人深思的新观点:科学家们首次证实,眼睛竟然具有调控寿命长短的能力。具体而言,眼部功能障碍会加速个体的衰老过程,从而导致寿命的缩短;相反,维护眼部健康则有助于延长寿命。这一突破性发现已发表在《自然·通讯》期刊上。
(文章标题截图)
研究背景
Kapahi研究团队对于眼睛与寿命之间关联的洞察,源自他们早在2016年在《细胞·代谢》期刊上发表的一项开创性研究。在那项研究中,Kapahi及其团队揭示了饮食限制对果蝇寿命的深远影响。他们发现,通过实施饮食限制,可以显著增强果蝇的生物钟功能,并优化其调控下的基因表达模式。这一发现不仅为理解营养与衰老之间的联系提供了新的视角,同时也正是基于这一前期研究,Kapahi团队进一步深入探索,最终发现了眼睛在调控寿命中的关键作用,这一发现无疑为抗衰老研究开辟了新的方向。
研究内容与结果
生物钟,这一存在于所有生命体内的“时间管理者”,精心调控着我们的饮食、睡眠、情绪、代谢及认知等生理活动,确保机体内部功能与外界环境的昼夜变化和谐同步。它如同一位无形的指挥官,在不同的时间段向各组织器官发出指令,指导它们适时地进行各项生命活动。
然而,随着年龄的增长,生物钟的精准调控逐渐出现紊乱,这不仅影响我们的日常生活节奏,还可能引发一系列衰老相关的疾病,如糖尿病、冠心病、失眠、神经退行性疾病乃至肿瘤,从而加速衰老的进程。幸运的是,饮食限制作为一种被证实的有效延寿策略,能够激活生物钟基因及其下游的节律基因转录,帮助恢复生物钟的正常功能,使各器官的功能重新回归有序状态。这一机制在果蝇实验中得到了验证,通过饮食限制,果蝇的寿命得到了显著的延长。
(在饮食限制条件下,果蝇生物钟基因及其下游受调控的基因表达量增加、节律性增强,AL(随意饮食),DR(饮食限制)
在深入研究的过程中,研究人员观察到了一个极为奇妙的现象:在实施饮食限制的条件下,那些受到生物钟显著调控并发生显著改变的基因,大多源自于果蝇的眼睛部位,特别是位于视网膜上的光感受器——这些专门负责感知光线的特殊神经元。这一发现不仅揭示了饮食限制与生物钟之间复杂的相互作用,还暗示了眼睛及其光感受器在调控寿命和衰老过程中可能扮演的重要角色。
(饮食限制的条件下,那些受到生物钟显著调控并发生显著改变的基因,大多源自于果蝇的眼睛部位)
饮食限制被证实能够有效减缓果蝇的视力衰退进程,而这种有益效果在很大程度上依赖于生物钟基因的正常表达。当果蝇眼部光感受器的生物钟基因发生负性表达(即prCLK-Δ1突变)时,饮食限制对视力衰退的减缓作用明显减弱。此外,与野生型果蝇相比,prCLK-Δ1突变的果蝇在同样实施饮食限制的情况下,其寿命延长效果也大打折扣。这一发现进一步证实了眼部生物钟基因表达在饮食限制延缓视力衰退和延长寿命过程中的关键作用。
更为直观地,当眼部生物钟基因表达受阻时,如prCLK-Δ1突变的果蝇,其视力衰退速度会加快,寿命也会相应缩短。
(prCLK-Δ1果蝇视力衰退加速,寿命直接缩短)
为了探究果蝇视力衰退与寿命缩短之间是否还存在直接联系,研究人员运用RNA干扰技术,成功降低了果蝇眼部ATPα基因的表达水平,从而构建出视力退化的果蝇模型。在这些视力受损的果蝇中,研究人员观察到了类似“炎性衰老”的全身性炎症反应加剧现象,具体表现为抗菌肽的表达量增加以及免疫细胞的异常激活。
值得注意的是,与野生型果蝇相比,这些视力退化的果蝇寿命明显缩短。更令人惊讶的是,即使实施了饮食限制这一通常能够延长寿命的干预措施,也无法使这些视力退化的短命果蝇的寿命得到延长。
此外,研究者还通过光遗传手段使果蝇眼部光感受器长时间保持激活状态,这一操作加剧了光感受器的损耗,并同样导致了果蝇寿命的显著缩短。这些实验结果不仅进一步证实了眼部健康与寿命之间的紧密联系,也为探索视力保护与抗衰老策略提供了新的视角和思路。
(光感受器的损耗加剧,同样导致了果蝇寿命缩短)
鉴于视力退化会直接导致果蝇寿命缩短,一个自然而然的疑问是:保护视力是否能够相应地延长果蝇的寿命呢?
事实证明,这一推测是正确的。研究人员将果蝇置于完全黑暗的环境中培养,并发现,在持续24小时黑暗条件下生活的果蝇,其寿命相较于在12小时光照与12小时黑暗交替环境下成长的果蝇要更长。这一发现表明,减少光暴露可能对延长寿命具有积极作用。
此外,视紫红质表达缺陷(rhodopsin-null mutants)的果蝇,由于其眼部光感受器无法“感光”,从而避免了光暴露可能带来的损伤。这些果蝇的寿命也得到了延长,进一步证实了保护视力与延长寿命之间的正相关关系。这些实验结果不仅加深了我们对视力保护与寿命之间联系的理解,也为探索抗衰老策略提供了新的启示。
(保护视力与延长寿命之间的正相关关系)
研究小结
综上所述,这项开创性的研究首次揭示了眼睛在直接调控寿命长短方面的重要作用。尽管在果蝇中,眼睛作为主要的耗能器官,其对寿命的影响尤为显著,但对于人类而言,虽然眼睛对寿命的直接影响可能不如果蝇那样明显,但这一发现仍然具有重要的提示意义。
特别地,这项研究为夜猫子们敲响了警钟。夜间长时间玩电脑、看手机等电子设备,不仅违背了人体的生物钟规律,还可能对视力造成损伤。长期保持这种不良习惯,可能会给健康带来一系列不利影响。至于这些不良习惯是否会导致人类寿命缩短,还需要后续更多的科学研究来进一步证实。
因此,我们应该重视眼睛健康和生物钟的调节,避免长时间过度使用电子设备,尤其是夜间。保持健康的生活方式,对于维护整体健康和延长寿命至关重要。
参考文献:
[1]Hodge BA, Meyerhof GT, Katewa SD, et al. Dietary restriction and the transcription factor clock delay eye aging to extend lifespan in Drosophila Melanogaster. Nat Commun. 2022;13(1):3156. Published 2022 Jun 7. doi:10.1038/s41467-022-30975-4[2]Katewa SD, Akagi K, Bose N, et al. Peripheral Circadian Clocks Mediate Dietary Restriction-Dependent Changes in Lifespan and Fat Metabolism in Drosophila. Cell Metab. 2016;23(1):143-154. doi:10.1016/j.cmet.2015.10.014