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男女有别,在衰老这件事上同样毫不例外。全球范围内,女性平均寿命比男性长约5年[1]。衰老相关疾病对两性的冲击程度也不同,比如同样是2%的冠心病发病率,男性达到这个水平的年纪比女性早约10.1年;而阿尔茨海默病患者中女性占比近三分之二[2-3]。
长久以来,学界不断探寻两性衰老差异的成因。近期,《Nature》上的一项研究,从性染色体层面提供了新解释:“偏心”的长寿蛋白家族成员SIRT7专门守护雌性X染色体,一旦缺失,雌性将面临比雄性更严重的健康恶化与寿命缩短
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SIRT7:一个“偏心”的
长寿蛋白家族成员
长寿蛋白sirtuin家族在衰老领域一直备受关注,它包含7个成员(SIRT1到SIRT7),广泛参与细胞应激和代谢调控等过程,与衰老密切相关。
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图注:sirtuin蛋白在多种器官和组织中发挥生理调节功能。
有意思的是,这个家族的多个成员存在明显的性别差异。SIRT2缺失时,雌雄小鼠容易患上不同类型的肿瘤;SIRT6过表达能延长雄性小鼠寿命,对雌性几乎无效果[5-6]。
这一次,研究团队把目光投向了其中的SIRT7,他们构建了SIRT7基因敲除小鼠,发现这个蛋白同样存在性别差异。
SIRT7缺失的雄性小鼠中位寿命为17.6个月,雌性只有15.5个月;雌性会更早出现致命的巨食管症(这是77.3%的SIRT7缺失小鼠的主要死因),并有4.6%的雌性会患上雄性不会发生的细菌性小肠结肠炎。
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图注:SIRT7敲除小鼠的生存曲线。
为什么同样是缺失SIRT7,雌性受到的打击比雄性严重得多?
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SIRT7为何“偏心”?答案在性染色体
研究团队决定先搞清楚SIRT7蛋白的定位。他们发现在雌性小鼠胚胎成纤维细胞中,高达67%的SIRT7结合位点集中在X染色体上;而雄性细胞中,SIRT7则在Y染色体上显著富集。
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图注:SIRT7在雌雄小鼠细胞中的全基因组结合分布。
这个定位结果暗示:SIRT7的性别差异,根源很可能就在性染色体。哺乳动物的性染色体配置是雌性XX、雄性XY。如果两条X上的基因全部表达,雌性X连锁基因的产物就会远超雄性。为了避免这种剂量失衡,哺乳动物演化出了一套平衡术。
在雌性细胞中,两条X中会有一条随机失活(Xi),这样雌雄体内活跃的X基因数量就基本相当了;而剩下那条活性X(Xa)则需要整体提高转录活性,让自己的表达水平和常染色体持平。两条X需要默契配合,SIRT7就是关键调节者。
在活性X上,SIRT7通过去除H3K36ac这个转录激活标记来“限速”,防止其过度活跃;在失活X上,SIRT7则通过限制Xist RNA(负责启动X染色体失活)的表达水平,防止抑制性标记H3K27me3过度堆积,避免其被压得太紧。SIRT7的存在,确保了两条X都不过分走极端。
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图注:SIRT7对雌性两条X染色体的差异化调控(XCI:X失活;XCU:X上调;A:常染色体)。
可一旦SIRT7匮乏,这套平衡就会被打破。两条X同时出问题:活性X过度活跃、结构紊乱、DNA损伤堆积;失活X被压得更紧、更加沉默。这就是为什么同样的基因缺陷,雌性付出的代价高于雄性。
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图注:SIRT7缺失后,两条X同时失控。
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某些衰老相关疾病,为啥“重女轻男”?
SIRT7在X染色体上的作用如此重要,那在其它染色体上呢?
先看常染色体,SIRT7蛋白在此参与调控核糖体RNA转录、DNA损伤修复等基础功能。但这些在两性细胞中都存在,大概率不会直接贡献于性别差异。至于Y染色体,这项研究只发现SIRT7在雄性中显著富集于此,其具体功能还需进一步探究。
至此,现有结论已经表明:塑造两性差异的,是SIRT7在雌性X染色体上的特殊使命。那么,这是否也能解释为什么某些衰老相关疾病在女性中更高发?
人类X染色体上约15-25%的基因会逃逸,在失活X上依然保持表达[7]。部分逃逸基因已被发现与衰老相关疾病有关:22个与阿尔茨海默病的Aβ病理相关(20个为女性特异),49个与tau蛋白相关(43个为女性特异)[8]。此外,当免疫相关基因因逃逸而高表达时,还容易过度激活免疫通路,引发自身免疫病[9]。
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图注:X染色体上部分免疫相关基因可逃避失活,在女性细胞中双倍表达,过度激活免疫通路。
所以,若该研究中的机制在人类中也成立,那么SIRT7出问题引发X染色体调控异常,本就容易逃逸的基因就可能更加失控,衰老相关疾病的风险也可能随之上升。
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性别,抗衰中不可忽视的变量!
当然,这种差异还渗透到了抗衰干预中。雷帕霉素在雌性小鼠中的延寿效果优于雄性;中药提取物补骨脂宁可使雌性小鼠寿命延长11.9%,而雄性未见获益[10-11]。
在这些干预中,NAD+补剂尤其值得关注。有研究发现,连续28天补充NAD+复合物后,女性的衰老相关症状显著改善,而男性几乎没变化[12]。SIRT7作为NAD+依赖的去乙酰化酶,补充NAD+相当于给SIRT7提供了支持,这或许是上述性别差异的潜在解释之一。
实际上,男女衰老差异的成因远非单一机制。雌激素对女性的专属保护、端粒损耗速度(男性普遍更快)、线粒体功能差异(男性往往表现出更高水平的氧化应激)等,多重因素共同塑造了男女不同的衰老轨迹[13-15]。
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图注:衰老标志物的性别特异性表现[16]。
而对女性而言,若该机制在人类中同样成立,那SIRT7的这套调控逻辑既是优势也是风险。那些影响NAD+、增加氧化应激的生活方式(高糖饮食、缺乏运动、经常熬夜),理论上都可能间接影响SIRT7,对女性造成更大的伤害。
总而言之,不断探究衰老的性别差异,可不是为了制造对立,而是为了给不同性别提供更精准高效的抗衰方案~
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参考文献
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