微生物群衍生代谢物3-苯基乳酸通过SKN-1/ATFS-1增强线粒体功能和应激抗性延长秀丽隐杆线虫的健康寿命

饮食在决定生物体健康状况方面起着不可或缺的作用，因此对长寿有着重大影响。多年来，许多研究集中于膳食成分、营养素和具有延缓衰老过程潜力的成分，包括人类在内的无脊椎动物模型生物和哺乳动物。在这类膳食成分中，乳杆菌科（Lactobacillaceae）因其作为碳水化合物发酵终产物的乳酸而脱颖而出，已被证明可以延长衰老模型生物的寿命并改善衰老过程中的各种健康相关表型。然而，关于这些乳杆菌科特定代谢物或成分对其效果的研究仍然有限。乳杆菌科是活微生物，有助于恢复微生物群落微生物平衡、免疫调节并在宿主体内发挥益生菌活性。因此，我们可以合理假设，乳杆菌科产生的某些代谢物可能通过膳食补充影响多种生理变化。因此，我们提出了一个假设，即干预乳杆菌科增加的代谢物可能会影响与年龄相关的健康因素。为了验证这一假设，我们在长寿模型生物秀丽隐杆线虫（C. elegans）中进行了实验，以验证乳杆菌科菌株Lactiplantibacillus plantarum APSulloc 331261（也称为GTB1）在不同条件下的长寿效应。我们的研究表明，活的GTB1及其条件培养基（CM）都能产生抗衰老效应，其中最显著的代谢中间体是3-苯基乳酸（PLA），我们已确定其为负责缓解与年龄相关衰退并延长健康寿命的活性代谢物。

在这项研究中，我们提出，抗衰老效应主要归因于活的GTB1，它通过刺激GTB1衍生的PLA生产来延长秀丽隐杆线虫的健康寿命。尽管这些初步发现强调了PLA的重要性，但其在衰老过程中的具体作用和机制途径仍需进一步探索。为了确定GTB1代谢物对衰老过程的影响是否在物种间保守，我们研究了PLA是否也能在代表性的衰老模型秀丽隐杆线虫中观察到寿命的改变。我们的研究表明，PLA作为一种GTB1衍生代谢物，在调节秀丽隐杆线虫寿命和健康寿命方面起着关键作用。我们提出这种调节是通过激活SKN-1/NRF2和激活与应激1相关的转录因子（ATFS-1）介导的，从而增强线粒体能量代谢和应激抗性。我们的发现表明，PLA提高了生物体内的ATP水平和氧气消耗率（OCR），这反映在秀丽隐杆线虫的平均运动中。此外，我们引入了一个与健康寿命相关的参数——健康老龄化指数（HAI），该指数通过PLA补充剂得到增强。

为了进一步验证潜在健康优势并与已知的长寿化合物进行比较，我们对PLA（10 mM）、二甲双胍（100 μM）、白藜芦醇（100 μM）、LY294002（100 μM）、雷帕霉素（10 μM）、卡哈拉利德F（0.5 μM）和叶黄素（100 μM）进行了评估。我们测定了关键参数，包括平均速度、氧气消耗率（OCR）和总ATP含量，使用这些化合物的最佳剂量。累积结果用于计算健康老龄化指数（HAI），这是一个综合的健康老龄化指标。在这个表示中，对照组条件被设定为标准值线。值得注意的是，PLA表现出最高的HAI值，其次是二甲双胍和白藜芦醇，而LY294002和雷帕霉素的HAI值低于标准值。正如预期的那样，HAI并未与寿命完全一致。用于确定HAI的公式强调，它不仅限于简单寿命评估，还包括健康寿命（图3f）。这些发现共同表明，PLA是一种强有力的健康老龄化诱导剂，特别关注增强生物体的运动能力和能量代谢。

为了测试这一假设，我们对SKN-1或ATFS-1突变体进行了寿命测定、核易位分析和应激抗性测定，以评估其与PLA效应的关系（图5和补充图5）。在所有突变株系中，PLA未能延长寿命，强烈表明PLA通过SKN-1和ATFS-1依赖的方式延长秀丽隐杆线虫的寿命（图5a、d和补充图5a-j）。然后，我们检查了PLA补充是否改变了SKN-1和ATFS-1转录因子的核易位（补充图5k）。我们的发现表明，PLA以剂量依赖的方式诱导SKN-1（浓度为0.4-10 mM时范围为26.9%至75.4%）（图5b、c）和ATFS-1（浓度为0.4-10 mM时范围为29.7%至60.3%）（图5e、f）的核易位。基于先前关于SKN-1和ATFS-1线粒体导入效率的研究，这与线粒体功能障碍程度和外部应激源暴露有关，我们发现SKN-1和ATFS-1的增加核导入与PLA处理下持续的ATP生成相吻合。值得注意的是，这种效应在atfs-1(gk3094)或skn-1(zj15)缺失突变体中未发生改变（图5g）。此外，PLA处理下这些基因的缺失对热耐受性无明显影响（图5h和补充图5l）。此外，atfs-1或skn-1突变体在PLA处理下的氧化应激抗性也没有显著变化（图5i和补充图5m）。这些集体结果支持了增加PLA干预可以通过激活SKN-1/ATFS-1和相关线粒体激活来减轻受损的应激抗性的假设。

为了探讨PLA与人类肌肉活动及健康寿命途径之间的潜在联系，我们收集了24名被诊断为肌少症患者的血浆样本和25名年龄匹配的非肌少症个体的血浆样本。随后，我们使用液相色谱-质谱法进行了相对PLA定量（图6a）。结果显示，肌少症患者血液中的PLA水平显著较低，且其身体表现指标（如握力、步速、五次坐站测试和短体能表现电池）较差（图6b）。这些发现表明，PLA可能在肌少症的发展中起到一定作用，需要通过动物和人类研究进一步验证。

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