《Journal of Advanced Research》：High-protein diet promotes aging by activating the
CG6415/
AMT gene and disrupting mitochondrial homeostasis
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本研究针对高蛋白饮食如何影响衰老这一关键科学问题，通过果蝇模型和细胞实验，系统揭示了高蛋白饮食通过激活CG6415/AMT基因，抑制氧化磷酸化，破坏线粒体稳态，进而激活p53-p21通路，最终促进衰老的新机制。研究发现异亮氨酸(Ile)在此过程中扮演关键角色，为理解膳食蛋白与衰老的关系提供了新的视角和潜在的干预靶点。
在当代社会，随着健康意识的提升和健身文化的流行，高蛋白饮食日益受到追捧。蛋白质作为生命活动的重要物质基础，在能量供应、免疫调节和骨骼生长等方面发挥着不可或替代的作用。然而，一些流行病学研究发现，长期高蛋白饮食可能会增加全因死亡风险，并与慢性肾脏病、2型糖尿病等年龄相关疾病的发病风险升高有关。这提示膳食蛋白与衰老之间存在着复杂的关系。尽管已有大量研究表明限制膳食蛋白可以促进长寿，但高蛋白饮食是否会反过来促进衰老，其背后的具体机制如何，尤其是在生命不同阶段的影响及其动态变化规律，仍有待深入探索。此外，蛋白质由20种氨基酸构成，每种氨基酸都拥有与衰老密切相关的多种生理功能，究竟是哪些氨基酸在高蛋白饮食影响衰老的过程中扮演了关键角色，也是悬而未决的科学问题。针对这一系列问题，哈尔滨医科大学公共卫生学院营养与食品卫生学科的研究团队在《Journal of Advanced Research》上发表了一项重要研究，系统揭示了高蛋白饮食促进衰老的分子机制。
为了回答这些科学问题，研究人员设计了一套严谨的实验方案。他们以果蝇为主要模型，设置了从5%到30%共6个不同蛋白质能量供给水平的饮食，系统观察了这些饮食对果蝇寿命的影响。通过多时间点（第18天和第48天）的转录组学和蛋白质组学分析，筛选出受高蛋白饮食持续影响的通路和关键基因。利用基因敲除和过表达的果蝇模型，验证了关键基因CG6415在高蛋白饮食影响衰老过程中的介导作用。基于基因敲除果蝇的组学数据洞察，在哺乳动物遗传背景中使用人胚胎肾293T细胞验证了CG6415的人类同源基因AMT影响衰老的机制。此外，通过分析高蛋白饮食对果蝇氨基酸谱的影响、单独补充20种氨基酸的寿命观察，以及利用CG6415基因敲除果蝇进行验证，识别出了在高蛋白饮食影响衰老过程中起关键作用的氨基酸。
研究结果揭示了一系列重要发现。首先，在5%到30%的膳食蛋白能量范围内，寿命与膳食蛋白之间存在倒U型关系。其中，10%蛋白质能量供给的饮食条件下果蝇寿命最长，而低于或高于此比例都会缩短寿命。多时间点多组学分析发现，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路以及CG6415基因可以被不同比例的高蛋白饮食在多个生命阶段点激活。进一步机制研究表明，CG6415/AMT基因通过抑制氧化磷酸化，破坏线粒体稳态，随后激活p53-p21通路，从而促进衰老和应激诱导的损伤。特别值得注意的是，补充异亮氨酸可以部分模拟高蛋白饮食在调控CG6415介导的衰老中的作用。
在技术方法层面，本研究采用了多种先进的研究策略。除了基础的寿命实验、攀爬能力测定和食物摄入量检测外，研究团队进行了三轮转录组测序和两轮蛋白质组测序，结合生物信息学分析，系统揭示了高蛋白饮食影响衰老的分子网络。通过基因编辑技术（基因敲除和过表达）在果蝇和细胞模型中验证了CG6415/AMT基因的功能。利用氧化应激和热应激抵抗实验评估了机体的应激能力，并通过检测超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性、ATP水平、线粒体膜电位、细胞内活性氧(ROS)和线粒体超氧化物等指标，深入探索了相关的分子机制。氨基酸代谢谱检测则帮助识别了关键氨基酸。此外，分子对接技术被用于研究CG6415蛋白与特定氨基酸的相互作用，而实时荧光定量PCR和Western blotting则从转录和翻译水平验证了基因表达变化。
高蛋白饮食与衰老的关系
研究人员发现，膳食蛋白能量供给在5%到30%范围内，果蝇寿命与膳食蛋白之间存在倒U型关系。10%蛋白质组果蝇的中位寿命最长，为75天，而30%高蛋白组显著缩短至54天。这种关系在雌雄果蝇中均存在，表明高蛋白饮食促进衰老的现象具有普遍性。
高蛋白饮食激活甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路
转录组和蛋白质组分析显示，与10%对照组相比，各种比例的高蛋白饮食在多个生命阶段点均能激活甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路，其中CG6415基因表现出相对较高的富集程度。这些通路主要与氨基酸代谢和碳水化合物代谢相关。
CG6415基因介导高蛋白饮食对衰老的影响
通过基因敲除和过表达实验，研究人员证实CG6415基因在高蛋白饮食影响衰老过程中起关键介导作用。CG6415敲除可显著缓解高蛋白饮食引起的寿命缩短效应，而CG6415过表达则模拟了高蛋白饮食的促衰老作用。双因素方差分析显示膳食蛋白和CG6415基因在影响寿命方面存在显著交互作用。
CG6415/AMT基因调控线粒体稳态影响衰老
在哺乳动物细胞模型中的进一步验证表明，AMT过表达可促进细胞衰老，伴随线粒体复合体I、II、III和V活性降低，ATP水平下降，线粒体膜电位降低，ROS和线粒体超氧化物水平升高。同时，抗氧化酶SOD和CAT活性降低，p53和p21表达上调。这些结果表明CG6415/AMT基因通过破坏线粒体稳态影响衰老过程。
关键氨基酸的识别
氨基酸代谢谱分析发现，高蛋白饮食显著提高了三种支链氨基酸（异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸）、苯丙氨酸、色氨酸以及丝氨酸、甘氨酸和赖氨酸的水平，同时降低了苏氨酸和脯氨酸水平。寿命实验显示，在10%蛋白饮食基础上单独补充异亮氨酸、缬氨酸或苯丙氨酸均可显著缩短寿命，效果与高蛋白饮食类似。
异亮氨酸的关键作用
进一步研究发现，异亮氨酸在高蛋白饮食通过CG6415基因调控衰老的过程中扮演特别重要的角色。异亮氨酸干预可显著上调CG6415在胸部和腹部的表达，而CG6415敲除可逆转异亮氨酸补充引起的寿命缩短和应激抵抗能力下降。异亮氨酸还表现出与高蛋白饮食类似的剂量效应关系，随着补充剂量增加，寿命逐渐缩短。
研究结论表明，高蛋白饮食促进衰老的机制部分是通过激活CG6415/AMT基因及其后续的线粒体稳态破坏实现的。其中，异亮氨酸是这一过程中的关键氨基酸。这一发现不仅为理解膳食蛋白与衰老的关系提供了新的分子机制见解，也为未来针对性的抗衰老干预提供了潜在靶点。
在讨论部分，研究人员指出，尽管适量蛋白质摄入是整体健康的基石，但持续高蛋白饮食可能会通过激活CG6415基因和破坏线粒体稳态而促进衰老。这一发现对当前推崇高蛋白饮食的健身和减肥人群具有重要的警示意义。同时，该研究确定了异亮氨酸作为高蛋白饮食中影响衰老的关键氨基酸，为未来开展精准营养干预提供了理论依据。
该研究的创新之处在于系统揭示了高蛋白饮食影响衰老的完整信号通路：从膳食蛋白到特定氨基酸（异亮氨酸），再到关键基因（CG6415/AMT），通过线粒体功能失调和氧化应激，最终激活衰老相关通路。这一通路在无脊椎动物和哺乳动物系统中都得到了验证，增强了结论的可靠性和普适性。未来研究可在此基础上探索调控多个氨基酸的膳食模式，寻找能够延缓衰老过程的理想氨基酸组成，为促进健康老龄化提供新的营养策略。
