2024年11月19日，田烨教授团队在权威期刊《Aging Cell》上发表了题为“The soil Mycobacterium sp. promotes health and longevity through different bacteria-derived molecules in Caenorhabditis elegans”的研究论文。文章从拟南芥根部分离的119种细菌中，筛选出8种能够延长线虫寿命的有益菌，并对其中效果最显著的Mycobacterium sp. Root265进行深入研究，从Mycobacterium sp. Root265（Root265）解离出的多糖（PSs）和阿拉伯半乳聚糖肽聚糖（AGP），分别通过daf-16依赖和非依赖的方式延长线虫寿命。现在，让我们一同深入探索这篇论文的精彩内容。
土壤细菌通常被视为病原体和有益微生物的提供者，直接或间接地影响人类健康。为了探索土壤细菌对线虫寿命的影响，田烨团队用从拟南芥根部分离的119种细菌喂食线虫（不育株CF512，图1），并测定了线虫在第14天的存活率，发现有21株菌可以显著增加线虫的存活率（表1）。值得注意的是，作者在实验设计上严谨地使用了野生型N2进行重复试验，并成功复现了延寿效果。
图1 不同种类的细菌可以延长秀丽线虫的寿命
表1 119个细菌分离株在CF512动物中的存活率比OP50高的菌株
接下来田烨团队主要研究Root265对线虫寿命延长的影响。研究发现，无论是幼虫期还是成年期，给予线虫Root265喂食均能显著延长其寿命（图1j），Root265对线虫的咽泵速率无负面影响，并和OP50表现出一致的实物清除率，此外OP50和Root265能供给的能量也没有明显的差异（图2）。令人惊讶的是，他们还发现暴露于卡那霉素杀死的Root265上（图3a）、仅在第七天以后才转移到Root265上（图3b）、仅暴露在Root265上两天（图3c）均可以延长线虫的寿命。此外Root265还能使线虫的成熟速度更快（图3d）、运动能力提高（图3f）、肠道屏障完整性增强（图3g、h）。以Root265为食的线虫中，BAS-1水平较高的个体比例显著增加（图3i-k），表明其神经感觉功能得以保留；Root265 还有助于维持蛋白质稳态并减少与AD相关的瘫痪（图3l）。上述结果表明，分枝杆菌属Root265不仅可以延长线虫寿命，还可以增强整体健康状况，且对线虫衰老多个生理方面存在有益作用。
图2 喂食OP50和Root265的秀丽线虫各项参数比较
图3 Root265延长寿命并改善秀丽线虫与年龄相关的生理退化
田烨团队还深入研究了Root265促进寿命延长的潜在机制。他们先是观察到Root265喂食daf-16缺失突变株daf-16 (mgDf50) 没有产生延寿效应（图4a），此外，对喂食Root265的线虫进行了DAF-16入核观察，发现Root265喂食后的线虫其DAF-16入核率有明显提升（图4h，i）。然而，daf-2缺失突变株daf-2 (e1370) 及其下游激酶AKT-1缺失突变株饲喂Root265仍可以延长寿命，这表明Root265介导的长寿并非通过daf-2胰岛素信号通路实现。此外，研究团队发现Root265诱导的寿命延长在rsks-1缺失突变体中有所减弱（图4b），这表明TOR信号通路部分参与了Root265诱导的寿命延长。最后他们还观察到Root265在skn-1缺失突变体skn-1(zj15) 中无延寿效果（图4c），而在饮食限制株eat-2(ad1116)以及缺乏先天免疫信号激活的pmk-1 (km25)、zip-2 (ok3730)和kgb-1 (km21)突变株中延寿效果仍然存在（图4d-g）。
图4 Root265通过多种信号通路诱导寿命延长
鉴于喂食抗生素灭活的Root265能延长线虫寿命，这表明Root265的成分中必定含有某种延寿物质。作者将Root265分解成水相、有机相和菌体碎片，结果发现水相提取物可延长线虫寿命（图5a）。对水相成分进一步的分离得到低分子聚糖（LAM和LM）和高分子聚糖（PSs），仅有PSs可以延长线虫的寿命（图5 b，c）。作者使用daf-16 (mgDf50)突变株验证了PSs的延寿作用确实依赖于DAF-16转录因子（图5d）。同时评估PSs处理后年轻和老年线虫的运动能力、肠道通透性和BAS-1::GFP水平，结果显示，PSs维持了老年线虫的运动能力和肠道屏障功能（图5e、f）。然而，PSs并未挽救与年龄相关的BAS-1水平下降。因此，PSs是Root265延寿的重要功能成分，但不参与改善神经元衰老。
图5 Root265的PSs可延长秀丽线虫寿命并缓解与年龄相关的肌肉和肠道功能退化
由于菌体碎片也能延长线虫寿命（图6a），因此作者对其进行提取分离出了阿拉伯半乳聚糖肽聚糖（AGP）。而喂食AGP也延长了线虫的寿命（图6b，c），且未对线虫的咽泵速率产生负面影响。此外，daf-16 (mgDf50)突变株和skn-1(zj15)突变株在喂食AGP后仍表现出显著的寿命延长，这表明AGP通过一种不依赖daf-16和skn-1的机制延长线虫寿命。在年龄相关的其他指标中，AGP保持了老年线虫的运动能力和肠道屏障完整性（图6d，e），缓解了AD模型线虫的麻痹表型，但无法改善BAS-1的表达水平。因此，AGP也被证实是Root265延寿的重要功能成分，它同样不参与改善神经元衰老的过程，但与PSs不同的是，AGP的作用并不依赖DAF-16信号通路。
图6 Root265的AGP可以延长秀丽线虫的寿命并减轻Aβ诱导的毒性
令人意外的是，尽管研究者未能发现有机相提取物具有延长线虫寿命的效果，但他们并未放弃寻找能够改善BAS-1表达水平的关键成分。通过对有机相的成分进行萃取分离，在四次洗脱后，他们最终发现了一种主要包含极性脂质的萃取洗脱液对线虫具有延寿作用（图7b），且该洗脱液对线虫咽泵速率没有影响。更令人振奋的是，该洗脱液能够同时改善线虫的运动能力、保持肠道屏障的完整性，并增强BAS-1的表达水平。至此，研究团队成功识别出一种能够改善神经元衰老的重要活性成分。而实验证明，同时补充三种促长寿分子（PSs、AGP和极性脂质）相较于单独补充任何一种分子，其延寿效果更为显著，进一步证实了三种长寿分子在促进长寿方面具有不同的机制，并共同组成了 Root265的延寿效果（图8）。
图8 Mycobacterium sp. Root265菌株衍生的三类活性物质均显著延长秀丽线虫寿命
田烨团队的研究揭示了多种土壤微生物及其衍生活性分子在抗衰老中的关键作用，进一步强调微生物源物质作为衰老干预潜在的价值。研究为理解微生物-宿主相互作用机制提供了新视角、并为抗衰老物质开发及微生物资源筛选奠定了理论基础。值得注意的是，就在该研究论文发表的前一天，蔡时青教授团队也在《Aging Cell》发表了题为“A small-molecule screen identifies novel aging modulators by targeting 5-HT/DA signaling pathway”的研究论文，该项研究中，蔡时青团队巧妙地使用表现出角质层屏障缺陷的acs-20突变线虫与Pbas-1::bas-1::gfp线虫杂交。获得了acs-20;Pbas-1::bas-1::gfp线虫，并按照图9a所示的方法进行药物筛选。团队首先从三个化合物库中筛选了超过10459个小分子，其中有139个化合物可增强成年第9天老龄线虫的BAS-1::GFP荧光水平。对其中55个效果最显著的化合物通过检查老年线虫的咽部泵送率进行第二轮筛选，最终得到13个化合物（图9c）。这13个候选化合物中有11个可以提高老年线虫的最大速度（图9d）。这11种化合物在过往的研究中显示出了不同的生物活性，如Dacomitinib、Veliparib、Silmitasertib、Kobe0065具有抗肿瘤活性；Kresatin、Sarafloxacin、Dactylorhin A具有抗炎作用；Hesperidin具有抗氧化活性；Carbamazepine（卡马西平，CBZ）是电压门控通道阻滞剂；Calmagite（钙镁试剂，CAL）是钙和镁指示剂。鉴于神经元钙离子稳态的改变在衰老过程中起着重要作用，而CBZ和CAL可能通过调节细胞内钙离子稳态来发挥作用。因此，研究团队针对这两种化合物进行了深入的研究探索，结果发现，服用CBZ或CAL可缓解衰老雄性对角肌的过度兴奋，并通过增强Ca2+稳态来改善行为表现。随后的机制研究表明，服用CBZ或CAL可诱导转录因子DAF-16的核易位，从而上调其下游基因numr-1/−2，而这些基因可增强对金属诱导压力的抵抗力和延长寿命。详细研究过程请查阅原文：https://doi.org/10.1111/acel.14411
图9 小分子筛选识别新型抗衰老剂
这两篇研究论文有一个共同的亮点，他们共同采用了Pbas-1::bas-1::gfp（一种多巴胺和5-色胺合成的核心酶）转基因线虫作为研究工具，该线虫最早出自蔡时青教授团队2020年在《Nature》上发表的研究成果“Two conserved epigenetic regulators prevent healthy ageing”，其已证明了多巴胺和5-羟色胺的产生随年龄增长而减少，这一现象被认为是神经元衰老的生物标志，可作为追踪线虫衰老进程的指示标记。各位老师、同学在做相关研究时，不妨也试试这种方案。
撰稿：张壬辉
审核：陈岚彬
编辑：余雯
