模拟开启了逆转细胞衰老的新途径

根据一份新闻稿，KAIST团队的研究结果为细胞衰老的复杂机制提供了洞察，并为减少与衰老细胞积累相关的年龄相关疾病提供了一种潜在的治疗策略。

模拟分子相互作用的模拟已经确定了一种酶，可以靶向逆转被称为细胞衰老的自然衰老过程。这些发现通过皮肤细胞和皮肤等效组织的实验室实验得到了验证，并发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上:

近年来的研究表明，细胞衰老是一种不可逆的生物学现象，但其逆转的机制尚未得到很好的阐明。为了确定抑制衰老细胞转化为静止细胞的靶点，我们构建了细胞衰老的分子调节网络模型。从模型模拟中，我们发现PDK1是一个有希望的靶点，可以将衰老状态恢复到静止状态。我们在人真皮成纤维细胞实验中验证了这一预测，结果表明，PDK1抑制通过抑制由PDK1、AKT、IKBKB和PTEN组成的正反馈回路来抑制核因子κB和mTOR信号，从而消除衰老特征，从而恢复皮肤再生能力。

文摘:

“细胞衰老被定义为细胞增殖的稳定、持续的停滞。在这里，我们研究了衰老细胞是否可以失去衰老特征，重新进入细胞周期停滞(静止)的可逆状态。在已有实验证据的基础上，构建了细胞衰老的分子调控网络。为了推断网络的调节逻辑，我们用正常的人类皮肤成纤维细胞进行了磷蛋白阵列实验，并使用进化算法优化了分子之间的调节关系。从网络模型的集成分析中，我们发现3-磷酸肌醇依赖蛋白激酶1 (PDK1)是将衰老状态转化为静止状态的抑制剂的一个有希望的靶点。我们发现，在衰老的人真皮成纤维细胞中抑制PDK1可以消除衰老特征，并通过抑制核因子κB和mTOR信号通路恢复进入细胞周期，从而恢复皮肤再生能力。我们的发现为治疗与衰老细胞积累相关的年龄相关疾病提供了一种潜在的治疗策略。”

“我们的研究为新一代人打开了大门，他们认为衰老是一种可逆的生物现象，韩国科学技术院(KAIST)生物与大脑工程系的Kwang-Hyun Cho教授说，他与KAIST和韩国爱茉莉太平洋公司的同事一起领导了这项研究。

细胞对多种因素做出反应，如氧化应激、DNA损伤和染色体端粒缩短，通过进入稳定和持久的细胞周期退出。这个被称为细胞衰老的过程非常重要，因为它可以防止受损细胞增殖并转化为癌细胞。但它也是一个自然过程，会导致衰老和与年龄相关的疾病。最近的研究表明，细胞衰老是可以逆转的。但迄今为止使用的实验室方法也会损害组织再生或有可能引发恶性转化。

Cho教授和他的同事们使用了一种创新的策略来识别可以逆转细胞衰老的分子。研究小组从文献和数据库中收集了有关细胞衰老的分子过程的信息。除此之外，他们还补充了他们自己对皮肤成纤维细胞增殖、静止(一种不能分裂的细胞，可以重新进入细胞周期)和衰老的分子过程的研究结果，成纤维细胞是一种以修复伤口而闻名的细胞类型。通过算法，他们开发了一个模型来模拟这些分子之间的相互作用。他们的分析使他们能够预测哪些分子可以被靶向来逆转细胞衰老。

然后，研究小组研究了其中一种分子，一种叫做PDK1的酶，在孵育的衰老皮肤成纤维细胞和三维皮肤等效组织模型中。他们发现，阻断PDK1会导致两个下游信号分子受到抑制，这反过来又恢复了细胞进入细胞周期的能力。值得注意的是，这些细胞保留了再生受损皮肤的能力，而不会以一种可能导致恶性转化的方式增殖。

科学家们建议未来的研究应该在器官和生物中进行，以确定PDK1抑制的全部效果。由于编码PDK1的基因在某些癌症中过度表达，科学家们预计抑制它将具有抗衰老和抗癌的效果。