解毒基因主要在肝脏中表达，并受核激素受体（NHR）转录调控，包括孕烷X受体（PXR）、组成型雄甾烷受体（CAR）、法尼醇X受体（FXR）、肝X受体、维生素D受体等。哺乳动物。越来越多的证据表明，肝脏的年龄相关变化是年龄相关疾病发病机制的危险因素。尽管尚不清楚 FXR 的激活是否可以延缓衰老过程，但最近的研究表明 FXR 与衰老相关疾病有关。
2025年1月19日，上海中医药大学吴晓俊/黄诚/范圣洁团队在APSB在线发表题为“Targeting farnesoid X receptor as aging intervention therapy”的文章。法尼醇X受体（FXR）激动剂奥贝胆酸（OCA），一种用于治疗胆汁淤积的上市药物，可以延长秀丽隐杆线虫和化学诱导的早期衰老小鼠的寿命和健康寿命。OCA具有通过激活核受体介导的解毒功能来延长寿命和健康寿命的潜力。靶向FXR可能具有促进寿命的作用。
摘要
环境毒物与衰老和与年龄相关的疾病有关。越来越多的证据表明，解毒基因表达的增强是长寿小鼠、黑腹果蝇和秀丽隐杆线虫共同的转录组标志物。同时，长寿动物对毒物的抵抗力增强。在本研究中，我们证明了法尼醇X受体（FXR）激动剂奥贝胆酸（OCA），一种用于治疗胆汁淤积的上市药物，可以延长秀丽隐杆线虫和化学诱导的早期衰老小鼠的寿命和健康寿命。此外，OCA增加了线虫对毒物的抗性，并激活了小鼠和线虫解毒基因的表达。OCA的长寿效应在Fxr - / -小鼠和Fxr同源nhr-8和daf-12突变秀丽隐杆线虫中减弱。此外，代谢组学分析显示，OCA增加了小鼠肝脏中孕烷X受体（PXR）的内源性激动剂水平，PXR是一种主要的解毒核受体。综上所述，我们的研究结果表明，OCA具有通过激活核受体介导的解毒功能来延长寿命和健康寿命的潜力，因此，靶向FXR可能具有促进寿命的作用。
1.OCA 可延长线虫的寿命并增强其健康状况
为了研究激活FXR是否可以延长寿命，我们使用了5种已鉴定的FXR激动剂来测定秀丽隐杆线虫的寿命。其中，GW4064、OCA、ITG、27-羟基芒果酸和桑葚素5个化合物在野生型N2蠕虫中表现出显著的长寿促进作用（图1A-E）。由于OCA是一种有效的FXR激动剂，因此我们着重研究OCA对衰老的影响。我们发现OCA显著提高了蠕虫的寿命。如图1F所示，在5、10、20 μmol/L OCA作用下，秀丽线虫寿命分别由19.32天延长至21.80天、22.71天、23.56天（与对照组相比分别为10.53%、15.79%、21.53%），EC50值为2.721 μmol/L，呈剂量依赖性。然而，当OCA浓度增加至50和100 μmol/L时，OCA的寿命延长效应减弱，这与之前的研究结果一致，提示较高浓度的OCA可能对蠕虫产生脱靶效应。值得注意的是，当喂食加热杀死的细菌时，与溶剂组相比，OCA还延长了蠕虫的寿命（图1G）。总之，这些数据表明，oca介导的寿命延长是通过对秀丽隐杆线虫的直接作用发生的，而不是通过饮食改变。
接下来，我们评估了OCA对蠕虫活动的影响，结果显示，与溶剂组相比，L1和L4阶段的OCA治疗显著改善了咽泵率和身体弯曲（图1H-K）。此外，泵入速率也反映了线虫的摄食量，这证实了OCA的寿命延长与摄食量无关（图2 - 3）。然后我们探索了线虫的运动，发现OCA增强了线虫的移动能力（图1L）。这些数据表明，OCA也可能在衰老过程中改善健康寿命。
图1 OCA可以延长秀丽隐杆线虫的寿命，提高其健康水平
2. OCA通过胰岛素/胰岛素样生长因子-1信号通路延长寿命
为了确定OCA是否介导依赖于IIS信号的寿命延长，我们检测了daf-16无效突变体，daf-16 （mu86）蠕虫在接受OCA治疗后的寿命。结果表明，与N2蠕虫不同，OCA未能延长daf-16 （mu86）突变体的生存率（图2A， B），这表明OCA的长寿延长效应需要daf-16的作用。为了证实这一点，我们检测了OCA对DAF-16核转位及其反式活性的影响。结果显示，OCA诱导了DAF-16::GFP的核转位（图2C），并上调了其下游基因的表达，包括sod-2， sod-3, clk-1, unk-48, pha-4, hsp16.2和sir-2.1（图2D）。
然后，我们研究了其他IIS通路分子在oca诱导的寿命延长中的作用。事实上，当使用OCA治疗daf-2 （e1370）蠕虫时，作为溶剂治疗的平均生存率和最大生存率相似（图2E和表S3）。此外，age-1（磷脂酰肌醇-3- oh激酶催化亚单位）是在秀丽隐杆线虫中发现的第一个长寿基因。我们发现，与daf-16 （mu86）和daf-2 （e1370）突变体相似，OCA治疗未能延长age-1 （hx546）突变体的寿命（图2F）。这些数据表明，OCA的寿命延长效应可能在一定程度上与IIS途径有关。接下来，我们测量了蠕虫在热应激和氧化应激下的存活率。在20℃下用OCA连续处理L4蠕虫5天，然后在35℃的恒温箱中进行热应激或8 mmol/L H2O2进行氧化应激分析。如图2G， H和支持信息表S4所示，在热应激下，OCA处理后，存活率从7.26 H增加到9.00 H（与对照组相比增加了23.7%）（图2G）。而在氧化应激下，OCA处理后，存活率从4.37增加到5.70 h（与对照组相比增加了30.43%）（图2H）。综上所述，这些数据表明，OCA可以增强抗逆性。
图2 IIS通路参与了OCA介导的寿命延长
3. OCA上调秀丽隐杆线虫的外源解毒基因
为了研究OCA延长寿命的潜在机制，我们通过RNA-seq分析蠕虫的全基因组基因表达，以阐明介导OCA延长寿命的潜在通路和基因。主成分分析（PCA）显示，在溶剂组和oca治疗组之间，与这些不同表型相关的转录组分离（图3A）。如图3B所示，OCA处理3 d后，124个基因表达上调，345个基因表达下调，火山图显示（fold change > 2, FDR < 0.05）。在上调基因中富集了大量的GO项，包括细胞、代谢、生物调节过程、结构分子活性、催化活性、转运蛋白活性等（图3C）。有趣的是，通过京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes， KEGG）通路富集分析的top 20，我们对药物代谢-细胞色素P450等酶、细胞色素P450代谢外源物质、辅因子生物合成等通路进行了功能分类（图3D）。为了验证OCA对KEGG通路富集基因的调控作用，我们使用qRT-PCR检测了线虫中基因的表达水平。我们发现，OCA治疗上调了解毒基因的mRNA水平，包括gst-4、gst-10和ugt-55（图3E）。这些数据表明，OCA可能会增加解毒基因的表达，而解毒基因是大多数长寿干预措施的共同转录组标志物
在qRT-PCR分析中，我们发现，在OCA处理后，蠕虫中参与外源解毒的几个基因，包括cyp13a1、cyp14a1、cyp14a3、cyp35a3、cyp35a5、cyp35b1、cyp35b3、cyp35c1、cyp36a1、gst-4、gst-10、ugt-44、pgp-3和pgp-14，在转录水平上上调（图3F）。为了进一步确定解毒基因的缺失是否会影响蠕虫的寿命，我们使用RNA干扰技术在N2蠕虫中抑制了cyp35a3， cyp35b3, gst-4, gst-10， ugt-44和pgp-3。结果表明，在cyp35a3、cyp35b3、gst-4、gst-10、pgp-3和ugt-44敲低蠕虫中，载体组的最大生存日比对照RNAi （Ev）组短（图3G-M）。cyp35a3和cyp35b3的中位生存期分别仅为11 d和9 d，也短于Ev组。OCA治疗后，两组患者的寿命与Ev组相比无明显延长。综上所述，这些数据表明OCA可能通过上调解毒基因来延长寿命。
图3 OCA增加了秀丽隐杆线虫解毒基因的表达
4. 在秀丽隐杆线虫中，OCA通过保守转录因子激活外源解毒机制
鉴于OCA上调解毒基因（图3），我们假设OCA可能激活nhr，从而上调解毒机制。我们询问了OCA的寿命延长效应是否需要蠕虫中的NHR-8和DAF-12信号传导。我们发现，与N2蠕虫不同，在nhr-8 （tm1800）突变体中，与溶媒治疗相比，OCA治疗未延长寿命（图4A和B），在daf-12 （rh61rh411）突变体中观察到类似结果（图4C）。这些数据表明，OCA治疗后较长的寿命可能依赖于NHR-8和DAF-12信号通路的激活。然后，我们评估了DAF-16是否参与NHR-8和DAF-12信号传导，并发现NHR-8 （tm1800）或DAF-12 （rh61rh411）与DAF-16::GFP蠕虫杂交后，肠细胞中的核转位减少（图4D和E）。这些数据表明，DAF-16可能与NHR-8和DAF-12协调。为了进一步研究OCA的寿命延长效应是否与外源毒素的解毒有关，我们将蠕虫暴露于PQ， MeHgCl， CC和CQ，这些被发现会损害寿命和健康的毒素。如图4F-I所示，当暴露于PQ、MeHgCl、CC和CQ时，N2虫的存活率降低，而OCA处理可以以剂量依赖的方式挽救存活率。综上所述，这些数据表明，激活的外源性解毒系统对于延长OCA的寿命至关重要。
图4 OCA诱导的长寿需要外源性解毒作用
5. 脂代谢可能参与了OCA的延年益寿作用
在秀丽隐杆线虫中，FAT-2 （Δ12去饱和酶）和FAT-3 （Δ6去饱和酶）负责将单不饱和脂肪酸转化为多不饱和脂肪酸，FAT-5、FAT-6和FAT-7 （Δ9去饱和酶）可以将饱和脂肪酸转化为单不饱和脂肪酸。为了回答脂质代谢是否参与OCA在线虫中的寿命延长效应，我们在脂肪酸去饱和酶缺乏的线虫中进行了寿命测定，包括fat-2 （wa17）、fat-3 （ok1126）、fat-5 （tm420）、fat-6 （tm331）和fat-7 （wa36）突变体。我们发现，当FAT基因在线虫中被阻断时，OCA延长寿命的效果减弱（图5a ~ f）。
AMPK和mTOR是调节能量稳态的两个重要枢纽。激活AMPK和抑制mTOR可以延长寿命，降低抗逆性。结果表明，OCA延长寿命的作用在突变体蠕虫的AMPK同源基因aak-2 （ok524）中也受到抑制（图5G）。与此同时，let-363 （ok3018）突变体（TOR的同源物）和RagA -1 （RagA的同源蛋白编码基因，可感知氨基酸并激活TORC1）的寿命在OCA处理后没有延长（图5H、I）。饮食限制（DR）和SIRT1在人类中的同源物sir-2.1的缺失或敲低缩短了寿命78。eat-2 （ad1116）、mimics DR和sir-2.1 （ok434）突变体的生存率未增加（图5J、K）。为了探索oca处理的蠕虫的能量稳态，我们使用myo-3p::TOMM-20::mKate2::HA （foxSi16）蠕虫检测线粒体稳态。我们从L4阶段开始监测用OCA处理的年轻（第1天）和年老（第10天）蠕虫的线粒体含量。在年轻蠕虫中，与溶剂处理相比，OCA处理导致肌细胞中的线粒体含量相当（图5L）。相比之下，暴露于OCA的老年蠕虫的线粒体完整性高于溶剂组（图5M），这表明OCA可能改善老年蠕虫的线粒体稳态。提示调节脂质代谢和能量稳态可能是OCA延长寿命的机制之一。
图5 脂代谢可能参与了OCA的延年益寿作用
6. OCA激活小鼠的解毒机制
为了研究小鼠肝脏的转录组，小鼠接受或不接受OCA处理，并通过rna测序技术分析肝组织。火山图显示，OCA处理后上调基因143个，下调基因223个（图6A）。包括生物学过程、分子功能和细胞组分在内的GO项显示，富集了细胞过程、代谢过程、生物调节、细胞解剖实体、细胞内、结合、催化活性和解毒作用（图6B）。如图6C所示，KEGG富集分析显示，通过细胞色素P450酶的药物代谢、谷胱甘肽代谢、外源物质代谢通路与秀丽隐杆线虫的富集通路高度相关（图3D）。为了进一步识别与解毒和长寿相关的通路，功能基因集富集分析（GSEA）表明，OCA处理后，细胞色素P450的异生物代谢和药物代谢均上调（图6D-F）。同时，OCA处理抑制了细胞衰老（图6G）和胰岛素信号通路（图6H）。然后通过qRT-PCR验证差异基因的表达，发现OCA处理上调了小鼠肝脏中与药物/外源物质代谢等通路相关的基因，包括Gstm3、Gstm7、Cyp2c55、Ugt2b5、Ugt1a1和Gpx-1（图6I）。综上所述，这些结果表明，OCA可能上调小鼠体内药物/异生物代谢基因的表达。
图6 OCA激活小鼠的解毒机制
7. OCA通过上调解毒功能改善dox诱导的小鼠早期衰老
值得注意的是，与阿霉素组相比，OCA将阿霉素诱导的小鼠的平均寿命从19日延长至45日（增加了139%）（图7A）。在healthspan测定中，dox诱导的衰老小鼠的程序列于图7B中。Dox组从杆子测试爬下的时间和在平衡木上通过的时间增加（图7C和D），而OCA减少了爬t的时间和通过的时间（图7C和D），表明OCA可以改善Dox诱导的早产小鼠的运动能力。在健康寿命实验结束时，收集血清，分析肝损伤标志物ALT和AST水平。我们发现Dox治疗导致ALT和AST水平升高（图7E和F）和炎症细胞浸润增加（图7G和H）。有趣的是，OCA降低了ALT和AST水平，并抑制了Dox诱导的衰老小鼠的炎症细胞浸润（图7E - H）。dox诱导的小鼠肝脏中促衰老因子p16、p21、p53的表达增加，而OCA降低了它们的表达（图7I）。衰老相关分泌表型（SASP）的增加是细胞和组织衰老的另一标志物，包括IL-6、IL-1β、TNF-α、MMP-3等。mRNA分析显示，OCA下调dox处理小鼠肝脏中Il-6、Il1b和Tnfa的基因表达（图7I）。这些数据表明，OCA治疗可以在转录水平上逆转促衰老相关因子，这与之前FXR抑制炎症的发现一致。此外，如图7J和K所示，Masson三色染色显示，与对照组相比，Dox诱导的心脏胶原蓄积被OCA处理逆转。为了研究OCA是否可以调节dox处理的小鼠肝脏中解毒基因的表达，我们进行了qRT-PCR。结果显示，OCA上调了Gstm3、Cyp2c55、Ugt1a1、Gstm2、Cyp2c29、Gstt3和Gpx-1的表达水平（图7L），这与之前的研究结果一致（图6）。同时，Western blot分析显示，OCA处理诱导了GSTA1、CYP1A1、CYP3A11和CYP51A1的蛋白水平（图7M和图7L）。综上所述，这些数据表明，OCA可以通过激活外源性解毒作用来改善阿霉素诱导的小鼠健康寿命和延长寿命。
图7 OCA可改善阿霉素（Doxorubicin, Dox）诱导的早产小鼠损伤
8.OCA增强d -gal诱导的加速衰老小鼠的适应性
基于OCA治疗通过解毒作用延长线虫和dox诱导的小鼠寿命的发现，我们建立了d -gal诱导的加速衰老小鼠模型，以探索OCA的健康寿命延长作用（图8A）。D-gal给药后，对照组、模型组和OCA治疗组小鼠体重差异无统计学意义（图8B）。实验结束后进行行为学测试，评估D-gal对大鼠运动能力和认知功能的影响。D-gal导致更多的开球和从杆上爬下来的时间，而OCA缩短了开球和从杆上爬下来的时间（图8C和图D）。旋转棒测试旨在评估运动协调和平衡。D-Gal第一次增加，总频率从转棒处下降，OCA有逆转这一趋势（图8E和图8f）。为了研究OCA治疗是否能缓解焦虑，d -半乳糖诱导的衰老小鼠在给予OCA治疗后进行OFT实验。如图8G-I所示，d -gal诱导的小鼠在OFT的总路程和频率均较短。OCA显著增加了中心的总行走距离和进入次数。焦虑样行为也通过高架十字迷宫测试进行评估，该测试包括两个张开的手臂和两个闭合的手臂。我们发现D-gal增加了开放臂的停留时间，减少了开放臂的停留时间和进入次数，随着OCA的治疗，闭合臂的停留时间减少，开放臂的停留时间和进入次数增加（图8J-M）。y迷宫测试用于测量工作记忆和探索活动。D-gal减少了新臂的探索时间，而OCA显著增加了新臂的探索时间，尽管新臂的频率没有显著变化（图8N和O）。最后，我们探索了新的物体识别任务，这是小鼠或大鼠的一种学习和记忆范式。如图8P-S所示，D-gal抑制了2小时内探索新物体的时间和频率，而OCA增加了短期（2小时）探索新物体的时间和频率，但没有增加长期（24小时）的时间和频率。综上所述，这些结果表明，OCA可以减轻D-gal诱导的早期衰老小鼠的运动和认知损害，以及学习和记忆下降。
he染色观察海马神经元损伤情况；D-gal诱导CA3区神经元损伤，OCA减少海马CA3区受损神经元（图8T和U），这些神经元对记忆和学习功能有反应。为进一步探讨OCA是否能减少海马神经元凋亡，采用TUNEL染色法检测神经元凋亡情况。数据显示，OCA治疗减轻了海马CA3区神经元的凋亡（图8V和W）。综上所述，这些数据直观地表明，OCA可以有效地减少d -gal诱导的衰老小鼠的海马神经元损伤和凋亡。这些数据表明，OCA治疗可以通过上调D-gal诱导的外源性解毒基因来缓解小鼠的早期衰老。
图8 OCA改善d -半乳糖（D-gal）诱导的加速衰老小鼠的健康寿命
9.OCA可延长SAMP8小鼠的健康寿命
SAMP8因其自发衰老和多种病理生物学表型而常用于衰老研究。接下来，我们使用SAMP8小鼠来确定OCA的衰老延长效应（图9A）。结果显示，与正常对照SAMR1小鼠相比，SAMP8小鼠表现出显著的运动能力障碍，如爬t、通过时间、从杆状体上跌落的次数增加，停留在杆状体上的时间减少。OCA处理减少了小鼠在杆子测试中爬下杆子的时间（图9B）和在平衡木上通过的时间（图9C），增加了小鼠在转棒上停留的时间（图9D和E）。这些结果表明，OCA处理可以延缓SAMP8小鼠运动能力的衰老。SAMP8小鼠表现出情绪障碍和学习记忆缺陷。随后采用旷场实验测定小鼠的焦虑程度。结果显示，进入旷场中心的趋势增加（图9F-I）。采用y迷宫测试新被试的探索行为，检测小鼠的记忆能力。结果表明，SAMP8小鼠新臂的探索时间和频率减少，而OCA治疗增加了新臂的进入次数（图9J和K）。综上所示，OCA治疗可以减轻SAMP8小鼠的运动功能障碍和认知障碍。
图9 OCA改善SAMP8小鼠的健康寿命
10.OCA通过PXR的内源性配体上调解毒基因的表达
我们利用LC-MS和GC-MS分析了D-gal处理的小鼠肝脏的代谢物谱，以探索OCA是否可以增加内部Pxr和Car的转录活性，以及对衰老的影响。在LC-MS分析中，无监督的主成分分析（PCA）显示了样品在对照组、模型组和OCA组之间的分布（图10A）。在有监督的OPLS-DA中，OCA和模型组之间分离良好，表明OCA和模型组发生了代谢扰动（图10B）。利用火山图确定模型组和OCA组之间代谢物的差异。LC-MS分析显示，基于VIP > 1、FC > 1和P < 0.05值，oca处理的小鼠肝脏中有62种代谢物上调，90种代谢物下调（图10C）。KEGG明确了OCA处理后上调的代谢通路，包括泛酸盐和辅酶a的生物合成、β-丙氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、脂肪酸降解、甘油磷脂代谢、嘧啶代谢（图10D）。GC-MS火山图显示9种代谢物表达上调，53种代谢物表达下调（图10E）。基于KEGG数据库对差异代谢物进行代谢通路富集分析显示，前20条通路为丁酸代谢、gaba能突触、cAMP信号通路、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、酮体的合成和降解、雌激素信号通路、GnRH分泌、d -谷氨酰胺和d -谷氨酸代谢、HIF-1信号通路、氧化磷酸化和柠檬酸循环等（图10F）。与脂质代谢及衰老调节作用相关。综上所述，代谢组学数据表明，OCA可以逆转代谢紊乱，差异代谢物可能是延长寿命的介质。接下来，我们分析了D-gal和OCA组之间的差异代谢物，发现(R)-3-羟基丁酸，单硬脂酸甘油和棕榈酰甘氨酸在OCA处理的小鼠肝脏中增加（图10G-I）。最后，我们测定了单硬脂酸甘油和r -3-羟基丁酸的寿命延长效果。结果表明，与车辆控制相比，这三种化合物均可延长寿命（图10J、K）。我们的研究结果表明，OCA的长寿效应可能是通过内源性化合物激活PXR或car介导的解毒功能实现的
图10 OCA通过PXR的内部配体增加解毒基因的表达
结论
我们的研究结果表明，OCA作为一种FXR激动剂，有可能通过激活秀丽隐杆线虫和小鼠肝脏中核受体介导的解毒功能来延长寿命和改善健康寿命，因此，靶向肝脏FXR来促进长寿。综上所述，我们的研究表明，OCA可以延长秀丽隐杆线虫和dox诱导的早期衰老小鼠的寿命，增强抗应激、炎症和认知损伤的能力，改善小鼠的学习和记忆衰退以及神经元丢失。其机制可能与激活解毒基因表达，进而增加外源物质代谢有关。我们的结果表明，FXR是一个潜在的长寿药物靶点。因此，靶向FXR可能是延长寿命的可行方法。
在秀丽隐杆线虫和小鼠中，oca通过直接和/或间接激活fxr介导的解毒作用来延长寿命和改善健康。
