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來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月19日 01:57

抑制IL-11信號(hào)通路延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物的健康壽命和壽命

Widjaja, A.A., Lim, WW., Viswanathan, S. et al. Inhibition of IL-11 signalling extends mammalian health span and lifespan. Nature (2024).

Inhibition of IL-11 signalling extends mammalian healthspan and lifespan | Nature

對(duì)于健康壽命和壽命而言，ERK、AMPK和mTORC1是關(guān)鍵的通路，而炎癥則是極其重要的中心標(biāo)志物。在這里，我們研究了IL-11，一種屬于IL-6家族的促炎性細(xì)胞因子，是否對(duì)與年齡相關(guān)的疾病和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。隨著小鼠年齡的增長(zhǎng)，IL-11在各種細(xì)胞類(lèi)型和組織中上調(diào)，以調(diào)節(jié)ERK–AMPK–mTORC1軸，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞、組織和生物體層面的衰老病變。刪除IL-11或IL-11ra1可以防止老年時(shí)期的代謝下降、多病共存和虛弱。給75周齡的小鼠施用抗IL-11治療25周，可以改善代謝和肌肉功能，減少衰老生物標(biāo)志物和跨性別的虛弱。在壽命研究中，遺傳刪除IL-11平均將小鼠的壽命延長(zhǎng)了24.9%。從75周齡開(kāi)始使用抗IL-11治療直到死亡，將雄性小鼠的中位壽命延長(zhǎng)了22.5%，雌性小鼠延長(zhǎng)了25%。這些結(jié)果共同證明了促炎性因子IL-11在哺乳動(dòng)物的健康壽命和壽命中的作用。我們認(rèn)為，目前正處于早期臨床試驗(yàn)階段的針對(duì)纖維化肺疾病的抗IL-11療法，可能提供一個(gè)轉(zhuǎn)化機(jī)會(huì)來(lái)確定IL-11抑制對(duì)老年人衰老病變的影響。

前言

調(diào)節(jié)壽命的主要信號(hào)機(jī)制包括ERK、STK11（也稱(chēng)為L(zhǎng)KB1）、AMPK、mTORC1和IGF1–胰島素模塊。這些通路在老年時(shí)共同受到干擾，激活衰老的標(biāo)志，包括線(xiàn)粒體功能障礙、炎癥和細(xì)胞衰老。在老年生物中，AMPK–mTORC1軸對(duì)代謝健康尤為重要，在脂肪組織中有顯著影響，而且通過(guò)治療性抑制mTOR可延長(zhǎng)小鼠的壽命。

迄今為止的衰老研究主要集中在壽命延長(zhǎng)上，特別是在酵母、蠕蟲(chóng)和果蠅中，但壽命延長(zhǎng)并不一定反映更長(zhǎng)的健康壽命。需要綜合研究來(lái)確定干預(yù)措施對(duì)健康壽命和壽命的影響。實(shí)驗(yàn)室小鼠特別適合進(jìn)行此類(lèi)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閷?duì)人類(lèi)福祉和功能重要的衰老病變?cè)谛∈笾泻苊黠@，且小鼠的壽命研究已有很好的建立。

慢性無(wú)菌炎癥對(duì)衰老病變的重要性越來(lái)越被認(rèn)識(shí)到，而炎癥本身是衰老的一個(gè)中心標(biāo)志。簡(jiǎn)而言之，衰老與一個(gè)功能失調(diào)的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)相關(guān)，其特點(diǎn)是免疫衰老和胸腺退化以及如IL-6等先天免疫基因的不適當(dāng)激活。促炎性信號(hào)因子NF-κB和JAK–STAT3特別涉及衰老，JAK抑制劑可以緩解與年齡相關(guān)的功能障礙。

我們提出，IL-11，一個(gè)促炎性和促纖維化的IL-6家族成員，可能會(huì)促進(jìn)與年齡相關(guān)的病變并縮短壽命。這一前提基于研究表明IL-11可以激活ERK–mTORC1和/或JAK–STAT3，觀(guān)察到IL-11在老年人中上調(diào)，以及IL-11越來(lái)越多地被認(rèn)為在衰老的一個(gè)標(biāo)志——衰老中有作用。在這里，我們使用了一系列遺傳學(xué)和藥理學(xué)方法，測(cè)試了IL-11信號(hào)通路對(duì)小鼠健康壽命和壽命有負(fù)面影響的假設(shè)。

圖片4.png

圖1：IL-11–ERK–mTORC1信號(hào)模塊在衰老中上調(diào)，與衰老和代謝下降相關(guān)聯(lián)。

IL-11隨著年齡的增長(zhǎng)而上調(diào)

我們?cè)谛∈蟮母闻K、內(nèi)臟性腺白色脂肪組織（vWAT）和骨骼肌（腓腸?。┲写_定了IL-11的表達(dá)，這揭示了在所有組織中IL-11的漸進(jìn)性上調(diào)（圖1b、c及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1a、b）。隨著年齡的增長(zhǎng)，肝臟和肌肉中出現(xiàn)了ERK-p90RSK的漸進(jìn)性激活、LKB1-AMPK的失活以及mTOR-p70S6K的激活，這些構(gòu)成了一個(gè)IL-11信號(hào)模塊（圖1b及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1c）。在兩歲的雄性和雌性小鼠的肝臟、vWAT和骨骼肌中確認(rèn)了IL-11的上調(diào)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1d）。

為了確定老齡小鼠中表達(dá)IL-11的細(xì)胞類(lèi)型，我們查詢(xún)了Tabula Muris Senis28，但未能得到信息，可能是因?yàn)镮L-11的表達(dá)水平較低，而且IL-11主要受到翻譯調(diào)控。為了更好地識(shí)別老齡小鼠組織中表達(dá)IL-11的細(xì)胞，我們對(duì)來(lái)自老年IL-11-EGFP報(bào)告小鼠的組織進(jìn)行了免疫組化分析。在兩歲的IL-11-EGFP小鼠中，IL-11在實(shí)質(zhì)細(xì)胞（肝臟中的肝細(xì)胞、vWAT中的脂肪細(xì)胞和骨骼肌中的肌細(xì)胞）中明顯，也在各種組織的基質(zhì)細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中看到，以及在骨骼肌中的神經(jīng)中看到（圖1d及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1e-g）。因此，隨著年齡的增長(zhǎng)，IL-11在不同的組織中的多種細(xì)胞類(lèi)型中表達(dá)。

IL-11與衰老相關(guān)

為了進(jìn)一步探索IL-11上調(diào)與老齡小鼠組織中ERK-mTOR激活之間的關(guān)系，我們研究了十周大和兩歲大的IL-11ra1?/?小鼠及其野生型同窩對(duì)照。在肝臟、vWAT和腓腸肌提取物的免疫印跡中，老年野生型小鼠顯示出增加的磷酸化(p)-ERK和p-p90RSK，增加的p-LKB1導(dǎo)致減少的p-AMPK，以及增加的p-mTOR、p-p70S6K和p-S6RP水平（圖1e及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2a-c）。老年野生型小鼠的組織中典型衰老標(biāo)志物p16Inka4和p21Waf1/Cip1的水平增加。相比之下，這些不同激酶和S6RP的磷酸化狀態(tài)，以及p16和p21的水平，在老年IL-11ra1?/?小鼠與年輕野生型小鼠之間相似（圖1e及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2a-c）。

刪除IL-11ra1改善代謝

與野生型同窩對(duì)照相比，兩歲的IL-11ra1?/?小鼠體重較輕（圖1f），而且雌性IL-11ra1?/?小鼠脂肪量減少，瘦肉量增加（圖1g）。兩種性別的IL-11ra1?/?小鼠的核心體溫略高于野生型對(duì)照（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2d）。兩種性別的老齡IL-11ra1?/?小鼠的vWAT指數(shù)（vWAT重量標(biāo)準(zhǔn)化為體重）較低，腓腸肌指數(shù)增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2e）?；蛐椭g的肝指數(shù)相似，而在IL-11ra1?/?小鼠中肝臟甘油三酯水平較低（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2e、f）。

血清膽固醇和甘油三酯水平在老齡野生型小鼠中比在IL-11ra1?/?同窩對(duì)照中更高（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2g,h）。兩種性別的老齡IL-11ra1?/?小鼠的肝臟顯示出促炎基因（Ccl2、Ccl5、Tnf和Il1b）和脂肪酸合成基因（Acc、Fasn和Srebp1c）表達(dá)減少（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2i,j）。血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）水平，肝細(xì)胞損傷的標(biāo)志物，在老齡野生型小鼠中增加，但在老齡IL-11ra1?/?小鼠中未增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2k,l）。

我們?cè)u(píng)估了端粒長(zhǎng)度和線(xiàn)粒體DNA（mtDNA）拷貝數(shù)——與生物學(xué)年齡相關(guān)的生物標(biāo)志物1,32——并在肝臟和腓腸肌中發(fā)現(xiàn)，這些表型在老齡IL-11ra1?/?小鼠的組織中得到顯著保存（圖1h,i及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2m,n）。

IL-11誘導(dǎo)人類(lèi)細(xì)胞衰老

IL-11與衰老有關(guān)——因此我們探索了IL-11對(duì)在老年小鼠中發(fā)現(xiàn)表達(dá)IL-11的相應(yīng)人類(lèi)細(xì)胞類(lèi)型直接效應(yīng)的影響（圖1d及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1e-g）。用IL-11刺激人類(lèi)成纖維細(xì)胞或肝細(xì)胞激活了ERK-mTOR，增加了p16和p21的水平，并減少了PCNA和cyclin D1的表達(dá)，這種效應(yīng)被U0126或雷帕霉素阻止（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3a,b）。IL-11刺激的成纖維細(xì)胞上清液中，衰老相關(guān)分泌表型因子的數(shù)量增加，這種增加被U0126或雷帕霉素抑制（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3c,d）。在肝細(xì)胞上清液中對(duì)mTORC1依賴(lài)性衰老相關(guān)分泌表型因子（IL-6、IL-8、LIF、VEGFA、HGF、CCL2、CXCL1、CXCL5、CXCL6和CCL2033）進(jìn)行更深入的分析顯示，大多數(shù)這些蛋白受到IL-11刺激的ERK和mTORC1依賴(lài)性調(diào)控（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3e-g）。

衰老細(xì)胞的積累有助于衰老病變。我們通過(guò)連續(xù)傳代人類(lèi)成纖維細(xì)胞，并用中和性IL-11RA抗體（X209）或IgG對(duì)照29,34來(lái)模擬復(fù)制性衰老。我們觀(guān)察到傳代依賴(lài)性的ERK-mTORC1、NF-κB和STAT3的磷酸化，以及衰老標(biāo)志物的增加——這些效應(yīng)依賴(lài)于IL-11，有自分泌和旁分泌作用的證據(jù)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4a-d）。端粒長(zhǎng)度和mtDNA拷貝數(shù)在早期傳代（第4代（P4））細(xì)胞和X209處理的晚期傳代（P14）細(xì)胞之間相似，而在IgG處理的P14細(xì)胞中這些表型減少（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4e,f）?；A(chǔ)代謝呼吸在IgG處理的P14成纖維細(xì)胞中受損，而X209處理的P14細(xì)胞與P4成纖維細(xì)胞相似（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4g,i）。

在雌性小鼠中刪除IL-11

為了支持在混合C57BL6/129遺傳背景上的IL-11ra1刪除小鼠中生成的數(shù)據(jù)30，并更深入地剖析與年齡相關(guān)的影響，我們研究了年輕（3個(gè)月大）和老年（2歲大）的雌性小鼠，這些小鼠在C57BL6/J背景上刪除了IL-11（IL-11?/?）31。

免疫印跡確認(rèn)了在這一額外品系的老齡中IL-11在各組織的上調(diào)（圖1m）。老年雌性IL-11?/?小鼠體重和脂肪量較低，且保持了瘦肉量（圖2a-c）。老年雌性IL-11?/?小鼠的虛弱評(píng)分15低于老年野生型小鼠，且它們的體溫略有升高（圖2d及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5a）。較低的虛弱評(píng)分主要是由震顫、毛發(fā)顏色喪失、步態(tài)障礙和前庭功能障礙的改善所驅(qū)動(dòng)（補(bǔ)充表1）。與年齡匹配的對(duì)照組相比，年輕和老年IL-11?/?小鼠的肌肉力量均有所提高（這是一些其他表型觀(guān)察到的現(xiàn)象）（圖2e及擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5b）。

圖片5.png

圖2：雌性IL-11刪除小鼠免受與年齡相關(guān)的肥胖、虛弱和代謝下降的影響。

a，105周齡的雌性野生型和IL-11?/?小鼠的代表性照片。b-g，體重（b）、脂肪和瘦體重百分比（按體重標(biāo)準(zhǔn)化）、虛弱評(píng)分（d）、全身抓握力（e）、血清膽固醇和甘油三酯（f）以及GTT和ITT（g）在年輕（12周齡）和老年（105周齡）的雌性野生型和IL-11?/?小鼠中的情況。h-j，vWAT和scWAT重量指數(shù)（h）、相對(duì)vWAT mRNA表達(dá)水平Acc1、Fasn和Srebp1c（i）以及顯示ERK1/2、p90RSK、LKB1、AMPK、mTOR、p70S6K和S6RP的激活狀態(tài)以及p16、p21和GAPDH蛋白表達(dá)水平的免疫印跡（j）。每組n=6。各自總蛋白的免疫印跡顯示在擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5k中。k,l，年輕和老年雌性野生型和IL-11?/?小鼠vWAT中的端粒長(zhǎng)度和mtDNA拷貝數(shù)（l）。b-i,k-l，數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（年輕野生型，n=8；年輕IL-11?/?，n=9；老年野生型，n=16；老年IL-11?/?，n=18；除h（scWAT）：年輕野生型，n=5；年輕IL-11?/?，n=7；老年野生型和IL-11?/?，n=16）。采用Sidak修正的雙向方差分析(b-f、h、i、k、l）；采用Sidak修正(h)的雙向重復(fù)測(cè)量方差分析。凝膠源數(shù)據(jù)見(jiàn)補(bǔ)充圖1。

雷帕霉素慢性抑制mTORC1可由于間接抑制mTORC235而導(dǎo)致葡萄糖耐受不良。因此，更充分地評(píng)估IL-11抑制對(duì)老年小鼠肝功能、代謝和葡萄糖利用的影響是很重要的。隨著野生型小鼠年齡的增長(zhǎng)，血清AST、ALT、膽固醇和甘油三酯均升高，而老年IL-11?/?小鼠則共同減輕（圖2f和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5c，d）。老年IL-11?/?小鼠的糖耐量試驗(yàn)（GTT）和胰島素耐受性試驗(yàn)（ITT）與年輕野生型小鼠相似，而老年野生型小鼠的GTT和ITT表現(xiàn)出損傷（圖2g和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5e，f）。與同等的野生型小鼠相比，年輕和年老的IL-11?/?小鼠的指數(shù)骨骼肌質(zhì)量更大（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5g）。

與年老的野生型對(duì)照組相比，年老的IL-11?/?小鼠的肝臟質(zhì)量指數(shù)和肝臟甘油三酯含量均有所降低（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖。5h，i）。在老年IL-11?/?小鼠中，指數(shù)化的vWAT和腹股溝皮下白色脂肪組織（scWAT）質(zhì)量減少，而棕色脂肪組織（BAT）質(zhì)量沒(méi)有變化（圖2h和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5j）。為了研究脂肪新生生成在老年組織中的潛在作用，我們分析了vWAT中脂肪酸合成基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)它們?cè)诶夏暌吧托∈笾械谋磉_(dá)隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，而在老年IL-11?/?小鼠中沒(méi)有增加（圖2i）。與IL-11ra1?/?小鼠相似（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2b，c），在老年IL-11?/?小鼠的vWAT和腓腸肌中，ERK-mTORC1軸的激活和衰老標(biāo)志物的上調(diào)得到了緩解（圖2j和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5k，l）。在老年野生型小鼠的vWAT小鼠中，促炎基因的表達(dá)增加，而在老年IL-11?/?小鼠中沒(méi)有增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5m）。

老年野生型小鼠肝臟、骨骼肌和vWAT中的端粒長(zhǎng)度和mtDNA含量降低，而IL-11缺失可減弱這些影響（圖2k，l）。在老年野生型小鼠中，血清IL-6水平升高，而在老年IL-11?/?小鼠中沒(méi)有升高（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2n）。

在雄性小鼠中IL-11的缺失

在老年雄性IL-11?/?小鼠中，身體習(xí)慣、體重、脂肪質(zhì)量、瘦質(zhì)量和虛弱評(píng)分（由震顫、被毛狀況和皮毛損失驅(qū)動(dòng)）的有害變化被減輕，體溫輕度升高（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6a-e和補(bǔ)充表2）。與年齡匹配的野生型對(duì)照組相比，年輕和年老的IL-11?/?小鼠的肌力都更高，如雌性小鼠（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6f）。老年IL-11?/?小鼠的GTT和ITT譜與年輕小鼠相似，而老年野生型對(duì)照小鼠的ITT譜受損（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6g）。

代謝籠分析顯示，與老年野生型小鼠相比，老年IL-11?/?小鼠的呼吸交換比（RER）總體上更高（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6h）。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的禁食后，重新喂食導(dǎo)致老年IL-11?/?小鼠的RER增加更多，這與更好的代謝靈活性一致（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6h）。盡管老年IL-11?/?小鼠比野生型對(duì)照更瘦、體重更輕，但它們攝入的食物更多，且運(yùn)動(dòng)活動(dòng)水平相似（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6h）。通過(guò)炸彈熱量計(jì)排除了IL-11?/?小鼠的能量丟失性腸病（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6i）。

在老年野生型小鼠的肌肉中明顯出現(xiàn)了肌肉減少癥，而在老年IL-11?/?小鼠中這一效應(yīng)不那么明顯，后者即使在年輕時(shí)也表現(xiàn)出更大的肌肉質(zhì)量指數(shù)，如雌性小鼠所見(jiàn)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6j,k）。兩種基因型小鼠之間的肝臟重量指數(shù)相似（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6l）。對(duì)于雌性小鼠來(lái)說(shuō)，或許與老年雄性小鼠中IL-11功能喪失相關(guān)的最顯著有益差異表現(xiàn)在vWAT質(zhì)量上，而B(niǎo)AT質(zhì)量在不同基因型和年齡間相似（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6m）。一個(gè)偶然發(fā)現(xiàn)是，老年雄性小鼠中經(jīng)常出現(xiàn)的精囊擴(kuò)大現(xiàn)象，在老年野生型小鼠中比老年IL-11?/?小鼠更為常見(jiàn)（野生型：15只中有11只，IL-11?/?：14只中有1只；P=0.0003）（補(bǔ)充表2）。

對(duì)老年雄性小鼠進(jìn)行抗IL-11治療

研究遺傳性功能缺失對(duì)健康跨度和/或壽命的影響應(yīng)通過(guò)僅在晚年進(jìn)行干預(yù)來(lái)補(bǔ)充，以識(shí)別從年輕動(dòng)物延續(xù)到老年的表型并具有轉(zhuǎn)化相關(guān)性。這與當(dāng)前研究相關(guān)，其中一些有益的IL-11功能缺失效應(yīng)（如增加的肌肉質(zhì)量和力量）甚至在年輕的IL-11刪除小鼠中也是明顯的（圖2和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6）。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們給老年小鼠施用了中和性IL-11抗體（X203）或IgG對(duì)照，并研究了健康跨度指數(shù)（圖3a）。

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圖3：在雄性小鼠中，抑制IL-11的治療減少了與年齡相關(guān)的代謝功能障礙、病理信號(hào)傳導(dǎo)和肌肉減少癥。

圖a展示了在老年雄性小鼠中進(jìn)行的抗IL-11（X203）治療劑量實(shí)驗(yàn)的示意圖，該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果展示在b-m圖中。小鼠自然老化（未處理），或從75周齡開(kāi)始，每3周給予一次X203或IgG對(duì)照抗體（40 mg/kg），持續(xù)時(shí)間為25周。使用BioRender.com創(chuàng)建。b，體重隨時(shí)間的變化。c,d，脂肪和瘦體重百分比的變化（Δ）（c）和葡萄糖耐量試驗(yàn)（GTT）及胰島素耐量試驗(yàn)（ITT）曲線(xiàn)下面積（AUC）的變化（d）（終點(diǎn)值（100周齡）?起始點(diǎn)值（75周齡））。a.u.，任意單位。e，起始點(diǎn)和終點(diǎn)的虛弱評(píng)分。數(shù)據(jù)以起始點(diǎn)和終點(diǎn)記錄的值展示。f，全身抓握力。g，在年輕（14周齡）和IgG或X203治療的老齡（81周齡）小鼠中的RER，自IgG或X203給藥開(kāi)始后6周測(cè)量（每組n=10）。h-j，體溫（h），血清ALT（i）和肝臟甘油三酯（j）。k,l，肝臟、腓腸肌和vWAT的指數(shù)化重量（k）和總膠原含量（通過(guò)羥脯氨酸測(cè)定）（l）。m，顯示vWAT中ERK1/2、p90RSK、LKB1、AMPK、mTOR、p70S6K、S6RP的激活狀態(tài)以及IL-11、p16、p21和GAPDH蛋白表達(dá)水平的西方印跡（每組n=6）?？偟鞍椎奈鞣接≯E呈現(xiàn)在擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7i中。b-d,f,h-l，數(shù)據(jù)是平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。75周齡對(duì)照組：n=10（f），n=14（i-l）；未經(jīng)處理的100周齡：n=6（除肝臟的k外，n=5）；IgG處理的100周齡：n=13；X203處理的100周齡：n=12。雙向重復(fù)測(cè)量ANOVA與Sidak校正（b）；單向ANOVA與Tukey校正（c,d（GTT），e,f,h-l）；單向ANOVA與Kruskal-Wallis校正（d（ITT））。關(guān)于凝膠源數(shù)據(jù)，見(jiàn)補(bǔ)充圖1。

與對(duì)照組相比，從75周到100周接受X203治療的小鼠體重逐漸減輕，這主要表現(xiàn)為脂肪質(zhì)量指數(shù)的降低（圖3b,c）。在研究開(kāi)始時(shí)，所有實(shí)驗(yàn)組都表現(xiàn)出葡萄糖代謝受損，但接受X203治療的小鼠情況有所改善，而IgG治療則沒(méi)有效果（圖3d）。在研究開(kāi)始時(shí)，所有實(shí)驗(yàn)組的虛弱評(píng)分略有增加（圖3e）。在研究期間，未接受治療或接受IgG治療的小鼠表現(xiàn)出虛弱進(jìn)展（例如，震顫和步態(tài)障礙），而接受X203治療的小鼠則沒(méi)有（圖3e和補(bǔ)充表3）。接受抗IL-11治療的100周齡小鼠的肌肉力量高于接受IgG治療或未治療的年齡相匹配的對(duì)照小鼠，也高于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的75周齡小鼠（圖3f和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7a）。

在給予抗體6周后，將小鼠放在代謝籠中進(jìn)行研究。接受X203治療的小鼠的RER高于接受IgG治療的小鼠，但低于一組年輕小鼠（圖3g和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7b），這表明X203減緩了與年齡相關(guān)的代謝不靈活性。給予X203與更高的核心體溫和增加的食物攝入量有關(guān)，而運(yùn)動(dòng)活動(dòng)水平和糞便熱量密度在研究組之間相似（圖3h和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7b,c）。

未治療或給予IgG的小鼠在研究結(jié)束時(shí)血清膽固醇、甘油三酯和IL-6水平增加，這些指標(biāo)在接受X203治療后均降低到75周齡時(shí)的水平以下（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7d,e）。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，未治療和IgG對(duì)照組小鼠的肝損傷標(biāo)志物、肝臟甘油三酯含量和肝臟質(zhì)量指數(shù)增加，而在接受X203治療的小鼠中，這些表型得到改善或減少（圖3i-k和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7f）。

與年齡匹配的對(duì)照小鼠和75周齡小鼠相比，接受X203的100周齡小鼠vWAT和肝臟質(zhì)量指數(shù)減少，而肌肉質(zhì)量指數(shù)增加（圖3k和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7g）。接受X203治療的小鼠皮下白色脂肪組織（scWAT）減少，而棕色脂肪組織（BAT）增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7h）。老年雄性小鼠特有的精囊擴(kuò)大現(xiàn)象再次因IL-11功能喪失而減少（IgG：13只中有8只，X203：12只中有2只；P=0.022）（補(bǔ)充表3）。

纖維化是衰老的典型特征和衰老的標(biāo)志，已知IL-11在人類(lèi)細(xì)胞和年輕成年小鼠中具有促纖維化作用22,39。我們量化了老年小鼠不同實(shí)驗(yàn)組vWAT、骨骼肌和肝臟中的纖維化程度，結(jié)果顯示接受X203治療的小鼠各器官組織纖維化逆轉(zhuǎn)（圖3l）。

與75周齡小鼠相比，接受IgG治療25周的小鼠vWAT中IL-11-mTORC1軸活化增加，并高表達(dá)衰老標(biāo)志物（圖3m和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7i）。相比之下，接受X203治療的小鼠ERK-mTOR活性降低，p21和p16表達(dá)減少（圖3m和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7i）。100周齡未治療和IgG治療的小鼠出現(xiàn)端粒磨損和mtDNA拷貝數(shù)減少，這在X203治療的小鼠中未見(jiàn)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7j,k）。

抗IL-11療法在老年雌性小鼠中的應(yīng)用

我們還研究了抗IL-11療法對(duì)老年雌性小鼠衰老病變的影響（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8a）。接受X203治療的老年雌性小鼠體重減輕，而接受IgG治療的小鼠體重增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8b）。在研究期結(jié)束時(shí)，接受X203治療的小鼠與開(kāi)始時(shí)相比，脂肪質(zhì)量更低，瘦體重更高，且糖耐量試驗(yàn)（GTT）和胰島素耐量試驗(yàn)（ITT）表現(xiàn)更好，而在IgG治療的小鼠中觀(guān)察到相反的效果（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8c,d）。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，研究組之間的虛弱評(píng)分相似，接受IgG治療的小鼠虛弱評(píng)分進(jìn)展，而接受X203治療的小鼠則沒(méi)有（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8e和補(bǔ)充表4）。接受X203治療的雌性小鼠肌肉力量超過(guò)起始水平，核心體溫略有升高（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8f-h）。

抗IL-11恢復(fù)白色脂肪組織的米色化

為了進(jìn)一步剖析分子機(jī)制，我們對(duì)接受IgG治療或抗IL-11治療的100周齡小鼠的vWAT、腓腸肌和肝臟進(jìn)行了批量RNA測(cè)序（RNA-seq）（補(bǔ)充表5）。在所有組織中，接受抗IL-11治療的小鼠在氧化磷酸化和代謝的標(biāo)志基因集富集分?jǐn)?shù)最為顯著，而炎癥、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和JAK-STAT3信號(hào)傳導(dǎo)的標(biāo)志分?jǐn)?shù)降低（圖4a）。

圖片7.png

圖4：抗IL-11減少vWAT炎癥并重新激活被年齡抑制的產(chǎn)熱程序。

a-e,g-j, 如在圖3a中所示的老年雄性小鼠的治療實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。a，氣泡圖顯示了在接受抗IL-11治療與IgG治療的小鼠vWAT、肝臟和腓腸肌中差異表達(dá)基因的標(biāo)志基因集富集分析。顏色代表標(biāo)準(zhǔn)化富集分?jǐn)?shù)（NES）；黑色代表負(fù)NES，表明基因集下調(diào)；黃色代表正NES，表明上調(diào)。點(diǎn)的大小表示顯著性（點(diǎn)越大，調(diào)整后的P值越小）。EMT，上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。b，vWAT、肝臟、腓腸肌中衰老基因的行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)錄本每百萬(wàn)（TPM）值的熱圖。c，vWAT中Ucp1讀數(shù)的豐度。d，基于RNA-seq的100周齡小鼠在接受IgG或抗IL-11治療后vWAT中米色化基因的log2轉(zhuǎn)換的倍數(shù)變化熱圖。e，vWAT中UCP1、PGC1α和GAPDH表達(dá)的西方印跡（每組n=6）。f，年輕野生型（n=8）、年輕IL-11?/?（n=9）、老年野生型（n=16）和老年IL-11?/?（n=18）小鼠vWAT中Ucp1 mRNA的相對(duì)表達(dá)水平，以及UCP1和PGC1α蛋白的表達(dá)（每組n=6）。g,h，vWAT中Clstn3b和S100b讀數(shù)的豐度（g）以及來(lái)自RNA-seq的促炎標(biāo)志物的log2轉(zhuǎn)換的倍數(shù)變化熱圖（h）。i，vWAT的蘇木精和伊紅染色（比例尺，100μm）以及對(duì)脂滴大小的定量（每組5只小鼠每只5個(gè)視野的平均脂滴面積，n=25）。j，vWAT中CD68的免疫組織化學(xué)染色（比例尺，50μm）。a-d,f-h，肝臟和腓腸肌（每組n=8），vWAT IgG，n=7；vWAT抗IL-11，n=6。c,f,g,i，數(shù)據(jù)是平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。雙側(cè)Student’s t檢驗(yàn)（c,g,i）；雙向ANOVA與Sidak校正（f）。關(guān)于凝膠源數(shù)據(jù)，見(jiàn)補(bǔ)充圖1。比例尺：i為100μm，j為50μm。

在老年vWAT中，與衰老相關(guān)的基因（Cdkn2a、Tnf、Il10、Il1b、Bst1、Irg1、Parp14、Itgax和Itgam）如《Tabula Muris Senis》所鑒定的，這些基因表達(dá)上調(diào)，而抗IL-11治療可以緩解這一效應(yīng)（圖4b和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9a）。在接受抗IL-11治療的小鼠的肌肉和肝臟中也觀(guān)察到了類(lèi)似的、盡管不太明顯的衰老標(biāo)志物的抑制。

對(duì)vWAT轉(zhuǎn)錄組的更詳細(xì)研究揭示，抗IL-11全基因組中最上調(diào)的基因是Ucp1，這對(duì)于白色脂肪組織（WAT）沉積中產(chǎn)熱“米色”脂肪細(xì)胞的發(fā)展很重要（圖4c和補(bǔ)充表5）。經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，我們發(fā)現(xiàn)在接受抗IL-11的小鼠vWAT中上調(diào)了一個(gè)更大的米色化程序（Acot2、Cidea、Cox4i1、Cox8b、Dio2、Elovl3、Eva1a、Fabp3、Ppargc1a、Ppargc1b、Ppara和Prdm16）（圖4d）。在接受抗IL-11的雄性小鼠中，UCP1和PGC1α的年齡依賴(lài)性上調(diào)在蛋白質(zhì)水平上得到了驗(yàn)證（圖4e）。

為了支持我們的發(fā)現(xiàn)，我們展示了在雌性對(duì)照小鼠vWAT中UCP1表達(dá)的年齡相關(guān)抑制，這種抑制在缺乏IL-11的雌性小鼠以及兩性都缺乏IL-11ra1的小鼠中得到緩解（圖4f和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9b）。對(duì)vWAT中的線(xiàn)粒體基因表達(dá)進(jìn)行針對(duì)性評(píng)估顯示，在接受抗IL-11的小鼠中與線(xiàn)粒體生物發(fā)生和功能相關(guān)的術(shù)語(yǔ)顯著增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9c,d）。

在接受X203治療的小鼠中，Clstn3b強(qiáng)烈上調(diào)，這是Clstn3位點(diǎn)3'端新發(fā)現(xiàn)的哺乳動(dòng)物特有產(chǎn)物，與S100b合作促進(jìn)WAT甘油三酯代謝，S100b也上調(diào)了（圖4g和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9e）。隨著年齡的增長(zhǎng)，野生型小鼠BAT中Ucp1的下調(diào)有限，而在IL-11?/?小鼠的BAT中Ucp1表達(dá)略有增加，但在接受抗IL-11的小鼠中沒(méi)有增加（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9f,g）。

與接受X203治療的小鼠相比，接受IgG治療的小鼠vWAT中的促炎基因表達(dá)更高（圖4b），這與IL-11ra1?/?小鼠肝臟和IL-11?/?小鼠vWAT中所見(jiàn)的發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2-i和5m）。對(duì)年輕和老年IL-11ra1?/?和野生型小鼠的進(jìn)一步分析確認(rèn)了野生型小鼠vWAT中的年齡依賴(lài)性促炎基因表達(dá)，在IL-11ra1?/?基因型的小鼠中跨性別減少（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9h）。

基質(zhì)炎癥與免疫細(xì)胞浸潤(rùn)有關(guān)，我們發(fā)現(xiàn)在接受X203治療的小鼠vWAT中，免疫細(xì)胞表面標(biāo)記基因Cd68、Cd4、Ly6C和Cd19的表達(dá)降低（圖4h）。組織學(xué)研究揭示，接受X203治療的小鼠vWAT表現(xiàn)出平均2.5倍的脂滴面積減少，增加了米色脂肪細(xì)胞焦點(diǎn)和較少的常駐CD68+巨噬細(xì)胞（圖4i,j）。

抑制IL-11延長(zhǎng)壽命

與健康期實(shí)驗(yàn)并行，我們對(duì)雄性和雌性IL-11?/?小鼠及其野生型同窩對(duì)照進(jìn)行了壽命研究，直到它們被發(fā)現(xiàn)死亡或在垂死時(shí)被安樂(lè)死（圖5a-c）。匯總分析顯示，IL-11?/?小鼠的壽命顯著長(zhǎng)于野生型對(duì)照組（中位壽命：野生型，120.9周；IL-11?/?，151周）。性別特定分析揭示了雌性IL-11?/?（中位壽命：野生型，118.9周；IL-11?/?，148.3周）以及雄性IL-11?/?（中位壽命：野生型，128.7周；IL-11?/?，待確定）小鼠的顯著壽命延長(zhǎng)。

圖片8.png

圖5：遺傳或藥理學(xué)抑制IL-11延長(zhǎng)了雄性和雌性小鼠的預(yù)期壽命。

a-c, Kaplan-Meier生存曲線(xiàn)（陰影表示95%置信區(qū)間）顯示了雄性（a）、雌性（b）和性別合并（c）的野生型和IL-11?/?小鼠的累積存活概率。d-f, Kaplan-Meier生存曲線(xiàn)顯示了從75周齡開(kāi)始，每月接受IgG或X203（40 mg/kg，腹腔注射）治療的雄性（d）、雌性（e）和性別合并（f）小鼠的累積存活概率（紅色虛線(xiàn)表示）。通過(guò)log-rank（Mantel-Cox）和Wilcoxon檢驗(yàn)評(píng)估生存曲線(xiàn)比較的統(tǒng)計(jì)顯著性（雙尾P值）。

為了將我們的研究推進(jìn)到更具轉(zhuǎn)化相關(guān)性的方法，我們檢查了在晚年使用75周齡的雄性和雌性小鼠接受每月一次的抗IL-11或IgG注射直到死亡后的壽命影響（圖5d-f和擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖10）。匯總分析顯示，接受抗IL-11的小鼠壽命顯著延長(zhǎng)（中位壽命：IgG，120.9周；X203，155.6周）。性別特定分析顯示，雌性（中位壽命：IgG，117.1周；X203，146.4周）和雄性（中位壽命：野生型，130.3周；X203，159.6周）的壽命都顯著延長(zhǎng)。

癌癥是老年小鼠常見(jiàn)的死亡原因，粗略解剖數(shù)據(jù)顯示，在IL-11缺失（合并性別：野生型，84只小鼠中有49只有腫瘤；IL-11?/?，25只小鼠中有3只有腫瘤；P<0.0001）或接受抗IL-11治療（合并性別：IgG，36只小鼠中有22只有腫瘤；X203，19只小鼠中有3只有腫瘤；P=0.0013）（補(bǔ)充表6和7）的小鼠中，宏觀(guān)腫瘤較少。

討論

隨著年齡的增長(zhǎng)，IL-11在各種組織中的表達(dá)逐漸增加，這可能是一種警報(bào)類(lèi)型的反應(yīng)，對(duì)包括細(xì)胞因子、蛋白毒性壓力、氧化物質(zhì)和DNA損傷等與年齡相關(guān)的致病因素作出反應(yīng)。我們提出，通過(guò)抑制IL-11觀(guān)察到的多效性益處反映了其對(duì)多種衰老途徑（如ERK、AMPK、mTOR和JAK-STAT3）的調(diào)節(jié)作用，正如在果蠅中使用多藥治療所見(jiàn)到的那樣。盡管IL-11尚未被廣泛研究，之前也未被認(rèn)為是影響衰老的重要因素，但I(xiàn)L-11基因座的SNPs與骨關(guān)節(jié)炎和更年期有關(guān)，并且IL-11與衰老和老年人常見(jiàn)疾病有關(guān)聯(lián)。

在老年小鼠中抑制IL-11觀(guān)察到的代謝效應(yīng)，與年輕小鼠中特異性刪除WAT中的Raptor所觀(guān)察到的效果相似。雖然我們沒(méi)有在恒溫條件下研究小鼠，但我們推測(cè)抑制IL-11可以防止脂肪中mTORC1的激活，使得老年小鼠的WAT變褐，這在小鼠中可能特別明顯。我們需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管我們排除了食物攝入以及腸道或運(yùn)動(dòng)相關(guān)的能量消耗，并展示了遺傳和治療模型中的WAT變褐，我們并未確定導(dǎo)致IL-11抑制引起體重減輕的具體生理機(jī)制。

除了代謝之外，抑制IL-11還改善了在脊椎動(dòng)物中常見(jiàn)的衰老的決定性特征（如虛弱和肌肉減少癥），在生物體層面顯示了通用的抗衰老益處。有趣的是，一些有益效果，特別是在肌肉和脂肪中，即使在年輕小鼠中也是明顯的，這或許表明代謝益處的重要性。我們沒(méi)有區(qū)分細(xì)胞類(lèi)型特異性，但推斷局部組織的IL-11活性很重要，鑒于其已知的自分泌和旁分泌活動(dòng)。

抑制IL-11增加了雄性和雌性小鼠的壽命。壽命延長(zhǎng)的程度尚待完全確定，但當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示，在晚年給予抗IL-11治療可以使兩種性別的中位壽命增加20%以上。在這些實(shí)驗(yàn)中，從75周齡（相當(dāng)于人類(lèi)約55歲）開(kāi)始給小鼠注射抗IL-11，尚不清楚對(duì)更老的小鼠進(jìn)行給藥是否有類(lèi)似的效果，或者短期的抗IL-11治療是否能有效延長(zhǎng)壽命，正如雷帕霉素所見(jiàn)。老年小鼠的死亡通常與癌癥有關(guān)，我們的臨終尸檢數(shù)據(jù)支持抑制IL-11顯著降低與年齡相關(guān)的癌癥的觀(guān)點(diǎn)。值得注意的是，IL-11對(duì)于腫瘤發(fā)生和腫瘤免疫逃逸很重要，計(jì)劃進(jìn)行抗IL-11聯(lián)合免疫療法治療癌癥的臨床試驗(yàn)。

慢性無(wú)菌性炎癥是衰老的一個(gè)重要標(biāo)志，與衰老緊密相關(guān)，并在與年齡相關(guān)的虛弱、代謝功能障礙和多重疾病的發(fā)病機(jī)制中有牽連。無(wú)脊椎動(dòng)物的研究已經(jīng)顯示，先天免疫信號(hào)傳導(dǎo)，特別是果蠅脂肪組織中的Jak-Stat信號(hào)傳導(dǎo)，會(huì)對(duì)代謝和壽命產(chǎn)生不利影響。我們?cè)谶@里展示了一個(gè)促炎細(xì)胞因子可以在哺乳動(dòng)物中影響與年齡相關(guān)衰退和壽命。IL-11信號(hào)傳導(dǎo)的經(jīng)典（JAK-STAT3）和非經(jīng)典（MEK-ERK）途徑的相對(duì)貢獻(xiàn)，單獨(dú)或結(jié)合時(shí)，對(duì)衰老表型的影響仍有待確定。

通過(guò)trametinib、雷帕霉素或二甲雙胍分別抑制ERK或mTOR或激活A(yù)MPK，在模型生物中增加壽命，這些藥物被一些人提倡用于人類(lèi)。然而，這些藥物具有靶點(diǎn)和非靶點(diǎn)的毒性，以及對(duì)健康壽命和炎癥有可變且有時(shí)有害的影響。我們的數(shù)據(jù)表明，抗IL-11治療具有令人安心的安全性檔案，并且目前正在針對(duì)纖維化炎癥性疾病進(jìn)行早期臨床試驗(yàn)，是一種潛在的可轉(zhuǎn)化方法，用于延長(zhǎng)人類(lèi)的健康壽命和壽命。

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