《International Journal of Molecular Sciences》：Yeast Chronological Lifespan Model as a Tool for Screening Aging Interventions
Pingkang Xu,
Xinyu Zhang,
Yuanxia Wang,
Sajid Ur Rahman,
Dejian Huang and
Ziyun Wu
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这篇综述系统梳理了酵母（Saccharomyces cerevisiae）作为衰老研究经典模型的优势与方法，重点阐述了如何利用其时序寿命（CLS）模型高效筛选抗衰老干预措施。文章深入探讨了影响酵母寿命的营养因素（如碳水化合物、氨基酸）、天然产物（如雷帕霉素、白藜芦醇、亚精胺）及关键信号通路（如TOR/Sch9、Ras/AC/PKA、Sirtuins），并总结了相关长寿基因。作者也辩证分析了酵母CLS模型的优势与局限性，为其在衰老机制研究和抗衰老药物开发中的应用提供了全面视角。
方法：测量酵母时序寿命
研究者主要采用几种方法来测量酵母的时序寿命。传统方法是菌落计数平板法，通过定期稀释培养物并涂布于琼脂平板，计数菌落形成单位（CFUs）来评估存活率。为了提高效率，基于衰老细胞再生长的高通量方法被开发出来，例如使用Bioscreen C MBR系统自动监测种群动态，或利用分子条形码测序（Bar-seq）和微阵列技术进行大规模基因型筛选。这些方法能更快速、低成本地获取生长速率、倍增时间等多维度生理参数。然而，酵母CLS测定也存在局限性，它主要衡量细胞对能量胁迫的耐受性，而非多细胞生物衰老过程中分子损伤的渐进积累。其生存终点常受培养基中乙酸积累等因素干扰，且作为单细胞生物，它无法模拟哺乳动物衰老中细胞非自主性、组织微环境等系统复杂性。
营养与酵母长寿
营养组成对酵母时序寿命有显著影响。在碳水化合物方面，葡萄糖限制（即热量限制，CR）能显著延长CLS，这涉及TOR和Ras/cAMP/PKA等营养感应通路。甘油作为非发酵碳源也能延长CLS，它通过增强渗透压胁迫耐受性和调节细胞氧化还原平衡发挥作用。氨基酸补充同样关键。必需氨基酸（EAAs）供应不足会损害氧化应激耐受性并加速衰老。而非必需氨基酸（NEAA）如甲硫氨酸和谷氨酸的调节也影响寿命：限制甲硫氨酸和/或提高谷氨酸水平能独立且叠加地延长CLS。支链氨基酸（BCAAs）则通过一般氨基酸控制（GAAC）通路来调控CLS。此外，氮源如铵（NH4+）的积累会缩短CLS，其介导的细胞死亡涉及PKA和TOR/Sch9等保守通路。
用于延长寿命的天然产物
多种天然产物在酵母模型中显示出延长寿命的潜力，其中一些作用机制在高等动物中保守。雷帕霉素(Rapamycin) 通过结合FKBP12形成复合物抑制mTORC1（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1），从而诱导自噬等应激反应过程，在低浓度下即可延长酵母CLS。它也是少数被证明能延长哺乳动物最大寿命的化合物之一。白藜芦醇(Resveratrol) 是一种多酚类植物抗毒素，在酵母中能延长复制寿命（RLS），但对CLS的延长效果不一致。其被认为可能通过激活Sirtuins（依赖于NAD+的组蛋白去乙酰化酶）来模拟热量限制效应。亚精胺(Spermidine) 是一种天然多胺，能通过诱导自噬（特别是线粒体自噬）相关基因（如Atg7）的表达、抑制蛋白质乙酰化等方式延长CLS，其作用在酵母、线虫、果蝇和小鼠中均保守。其他天然化合物如槲皮素(Quercetin)、4,4′-二甲氧基查尔酮(4,4′-dimethoxychalcone)、安努尔卡苹果提取物、可可提取物和虾青素(Astaxanthin)等，也通过减少活性氧（ROS）、增强应激抗性或调节自噬等机制，显示出延长酵母CLS或改善衰老相关表型的潜力。
长寿基因
多个进化上保守的营养感应信号通路是抗衰老干预的关键靶点。TOR/Sch9通路是核心。在酵母中，TORC1（对雷帕霉素敏感）及其下游效应子Sch9（哺乳动物S6激酶1的功能同源物）整合营养信号，调节生长、代谢和衰老。遗传缺失或药理学抑制TOR1或SCH9能显著延长酵母的时序和复制寿命，其作用部分是通过抑制蛋白激酶Rim15，进而激活应激反应转录因子Msn2/4和Gis1来实现。Ras/AC/PKA通路在葡萄糖充足时被激活。RAS2缺失能使CLS翻倍并增强热和氧化应激抗性。该通路通过腺苷酸环化酶（Cyr1）产生cAMP，进而激活蛋白激酶A（PKA）。热量限制会减弱Ras/AC/PKA信号，从而激活应激反应并上调SOD2等基因。Sirtuins是一类保守的NAD+依赖性去酰基酶家族。在酵母中，Sir2是重要成员，其过表达能通过提高代谢效率和氧化应激抗性来增加CLS。除了Sir2，酵母中其他Sirtuin同源物如Hst1、Hst3和Hst4也通过染色质沉默、DNA修复等过程参与寿命调控。此外，还有许多其他基因被报道参与酵母CLS的延长。
