worm diet control and longevity

Nature. 2007 May 31;447(7144):550-5. Epub 2007 May 2.

PHA-4/Foxa mediates diet-restriction-induced longevity of C. elegans.
Panowski SH, Wolff S, Aguilaniu H, Durieux J, Dillin A.

The Salk Institute for Biological Studies, Molecular and Cell Biology Laboratory, 10010 North Torrey Pines Road, La Jolla, California 92037, USA.

Reduced food intake as a result of dietary restriction increases the lifespan of a wide variety of metazoans and delays the onset of multiple age-related pathologies. Dietary restriction elicits a genetically programmed response to nutrient availability that cannot be explained by a simple reduction in metabolism or slower growth of the organism. In the nematode worm Caenorhabditis elegans, the transcription factor PHA-4 has an essential role in the embryonic development of the foregut and is orthologous to genes encoding the mammalian family of Foxa transcription factors, Foxa1, Foxa2 and Foxa3. Foxa family members have important roles during development, but also act later in life to regulate glucagon production and glucose homeostasis, particularly in response to fasting. Here we describe a newly discovered, adult-specific function for PHA-4 in the regulation of diet-restriction-mediated longevity in C. elegans. The role of PHA-4 in lifespan determination is specific for dietary restriction, because it is not required for the increased longevity caused by other genetic pathways that regulate ageing.

PMID: 17476212 [PubMed - indexed for MEDLINE]

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呵呵，不好意思，这次晚了。今天我想讲述的是关于节食对寿限的影响。如果有不正确的地方，各位请务必指出。因为使用线虫为实验模型，不知道我们这边有没有同志在相关领域的？我有一个不解的问题就是，全文的实验都是在抑制线虫繁殖的条件下进行的，这个使线虫失去生殖能力从而再进行功能分析是不是必须的？
之前想介绍这篇文章，仅仅是因为觉得“节食长寿”这个概念很新颖，估计会在广大女同胞中得到强烈反响。一看文章的开头，才发现，在线虫里面，围绕着控制饮食从而影响寿限的研究实际上很多。这篇文章的重点实际上是突出了控制饮食摄入量对寿限的影响，区别于以往的胰岛素/高糖低糖食物影响寿限的机制。
图一，存活曲线，得到的结论是smk-1和pha-4对“节食长寿”是必须的。正如作者在文章开头介绍的，此前的研究表明“节食长寿”不需要DAF- 16，而胰岛素途径需要DAF-16；从而暗示“节食长寿”不用胰岛素途径。先前研究表明smk-1对daf-16介导的长寿是必须的，而daf-16对 “节食长寿”不需要；但作者发现smk-1对“节食长寿”是必须的！从而作者假设有可能有与daf-16类似的因子在和smk-1作用，从而实现“节食长寿”。因为是线虫，所以作者就给虫子喂了15个不同的RNAi细菌，发现类似于daf-16的forkhead类似基因pha-4对“节食长寿”是必须的。a，“节食长寿”需要smk-1。整一篇文章都使用了eat-2的线虫突变来模拟“节食长寿”这个现象。b，pha-4缺失的线虫短寿而且没有对进食量的抛物线反应。这里有一个现象，就是在普通线虫中，吃的太多或者太少，线虫都活不久；只有恰当适量的进食才有最长的寿命！所以我觉得这里的“节食长寿” 更精确的描述是“科学控制进食量可以长寿”。不过一旦这么写了，文章就不sexy了；因为“科学”研究归根到底是为了长寿的。c，用RNAi拓展了b的发现，线虫eat-2需要pha-4基因的表达从而实现“节食长寿”。d，通过改变胰岛素途径而增长的寿命是不需要pha-4的；很好的对照实验，突出了 “节食长寿”对pha-4的特殊要求。e，类似d，改变线粒体途径而延长的寿命不需要pha-4。f，发育后的线虫缺乏pha-4会影响寿命，但是其影响远小于对“节食长寿”效应的影响。
图二，存活曲线说明pha-4对“节食长寿”的影响主要在成体。前面的c用的是L1阶段的RNAi，这里用了成体第一天和L4的RNAi，同样需要pha -4来实现“节食长寿”。我不是很清楚线虫的周期，有一个疑问就是：在哺乳动物细胞，RNAi一般要几天后目标蛋白才会消失，才能算RNAi有效了；在线虫，喂他们食物马上就起作用了？
图三，pha-4的定位和表达。A，使用pha-4的启动子诱导红色荧光蛋白的表达，看看哪些地方有pha-4这个基因表达。B，使用pha-4绿色荧光融合蛋白，发现pha-4蛋白主要定位在核里。这里用了AD84的线虫，和A图有什么区别呢？为什么不直接用融合蛋白看基因的表达范围？C，高糖低糖食物都不影响pha-4的核定位；实际上和前面的结论“pha-4无关胰岛素途径”相吻合。D，发现在线虫，通过“节食”，可以诱导pha-4的表达！
图四，增加pha-4表达，线虫长寿了！有意思的是，这里需要daf-16缺失的线虫。作者的解释是“节食长寿”和胰岛素途径可能存在竞争资源的情况。
图五，延续图四的思路，寻找pha-4的下游，相比daf-16的下游。发现sod基因家族的不同成员受到这两个转录因子不同的调控；有些因子是特异性的某因子的下游，有些因子则是两个因子都调控的！从而作者得到了他们的分子作用机制：在“节食长寿”时，正调控pha-4,影响了sod-1/2/4/5的转录；在胰岛素途径下，负调控daf-16,影响了sod-1/3/5的转录。
全文就此结束。故事完整，思路清晰，结论支持充分。我感觉值得细细品位。文章很强调这个信号通路的保守性；希望今后有更直接的实验证实。我觉得，这篇文章对营养学的价值在于：饮食不仅要注意摄入的成分，而且摄入的份量也很重要。不知各位如何看？