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中年饮食干预:热量限制而非脱氢表雄酮硫酸盐可增加小鼠的寿命和终生癌症发病率1
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2023.05.17 广东

关注
预防癌症和其他衰老疾病的饮食控制引起了公众和科学界的广泛关注。这种兴趣的一个指标是脱氢表雄酮 (DHEA) 补充剂被那些希望这种激素可以让他们“更年轻”的人广泛食用。然而,缺乏支持这一信念的关键数据。例如,DHEA 治疗对健康、长寿的小鼠或大鼠品系的自发性癌症和寿命的影响尚不清楚。这与热量限制 (CR) 的情况形成对比,众所周知,热量限制可以阻止癌症的发展并延长啮齿动物的最长寿命。
为了解决这个问题,我们将 300 只中年(12 个月大)雄性 C57BL/6 小鼠分配到四组之一(每组n = 75),并评估它们的寿命和自发疾病模式。两组喂食正常饮食 (ND),另外两组喂食卡路里限制饮食 (RD)。一个 ND 组和一个 RD 组还在他们的饮用水中加入了 25 μg/ml 硫酸脱氢表雄酮 (DHEAS)。
尽管 DHEAS 治疗小鼠的尿液样本中 DHEA 和 DHEAS 的含量是未补充小鼠样本的 10 倍,但 DHEAS 给药并未影响体重、寿命或癌症模式。RD 使体重降低了 26%,最大寿命增加了约 15%。RD 小鼠 (66%) 中最普遍的癌症浆细胞肿瘤的发生率高于 ND 小鼠 (41%)。
因此,此处施用的 DHEAS 在两种热量摄入下既不影响癌症也不影响寿命。相比之下,从中年开始的 CR 增加了寿命、荷瘤小鼠死亡的年龄以及死于癌症的小鼠的百分比,这表明 CR 可能会延缓现有淋巴癌的促进和/或进展。
介绍
预防癌症和其他衰老疾病的干预措施的发现是引起公众和科学界极大兴趣的话题。长期以来,人们就知道一种方法 CR, 3可以延缓与年龄相关的广泛病理和生理变化的发展,并可以延长实验室啮齿动物(1)的最长寿命。大多数 CR 研究已将这种饮食强加于年轻(1-3 个月大)的小鼠或大鼠,这导致大多数癌症的发病率降低和延迟出现 (2, 3, 4 )。CR 开始于中年或更晚,研究少得多,但与潜在的人类使用更密切相关。
另一种可能的干预措施是使用肾上腺类固醇激素 DHEA。这种激素现在被人们广泛食用,他们认为它可以通过对抗随着人类衰老而发生的 DHEA 及其硫酸酯 DHEAS 水平下降,从而使他们“更年轻”(5, 6 )。这些化合物的血清水平降低与心脏病(7)和恶性肿瘤(包括乳腺癌(8)和前列腺癌(9))的发展有关。此外,对啮齿动物和其他动物模型的研究以及更有限的人类数据表明,施用 DHEA 会产生广泛有益的结果,包括增强免疫系统(10, 11, 12),在非常短命的 A vy小鼠品系中抑制乳腺癌(13, 14),在小鼠中预防糖尿病(15),在几个物种中预防肥胖症(16, 17, 18),在兔子中预防动脉粥样硬化(19)。
然而,缺乏一些支持 DHEA 补充剂的有效性和安全性的基本数据。例如,DHEA 治疗对健康、长寿的小鼠或大鼠品系的自发性癌症模式和寿命的影响尚不清楚。在这里,我们测试了 DHEAS 在对雄性 C57Bi/6 小鼠单独给药或与从中年开始的 CR 联合给药时影响自发性癌症模式和延长寿命的潜力。
材料和方法
小鼠和饮食。
三百只雄性 C57Bi/6 小鼠(以下称为 B6 小鼠)购自查尔斯河实验室(马萨诸塞州威尔明顿),时龄为 11 个月。收到后,小鼠被单独饲养在美国实验室动物护理认证协会批准的麦迪逊退伍军人事务老年、研究、教育和临床中心的共享老化啮齿动物设施中,并提供非纯化饮食,PLI 5001(Purina Laboratories,St . Louis, MO) 和酸化水随意。
在 12 个月大时,根据体重将小鼠分成四组,每组 75 只,从最轻的开始到最重的,这样每组的平均起始体重几乎相同(33.0–33.2 ± 0.3 g , 均值±标准误差)。两组每周喂食 84 kcal 的 ND(Teklad,Madison,WI),两组喂食 RD(Teklad),其水平足以将总热量摄入减少 26% 至 62 kcal/周(表1 ). RD富含蛋白质、维生素和矿物质以避免营养不良。与之前的一项研究(20)一样,将粉末状饲料悬浮在琼脂溶液中以尽量减少浪费。在控制喂养的前 3 个月,小鼠每周称重一次,此后每两周称重一次。
DHEAS 管理。
1个ND组和1个RD组在实验期间随意给予酸化饮用水。其他 ND 和 RD 组在饮用水中加入 25 μg/ml DHEAS(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO),此后称为 ND+D 和 RD+D。为这种慢性治疗选择的剂量是早期较短持续时间研究中使用的剂量的四分之一(11)。饮水量测量显示消耗量约为 14 毫升/周,ND+D 和 RD+D 小鼠之间没有差异 [分别为 1.9 ± 0.2 毫升/天(n = 9)与2.4 ± 0.4 毫升/天(n = 5);P= 0.22]。因此,小鼠每天接受约 50 μg DHEAS。水瓶每周更换一次,DHEAS 含量的测量表明它在水中稳定超过一周。
其他 12 个月大的雄性 B6 小鼠在接受以下四种治疗之一维持约 2 个月后,研究了尿液中的 DHEAS 水平:(a) ND加 DHEAS,25 μg/ml,在饮用水中;( b ) ND 加 0.004% DHEAS(摄入量 = 117 μg/小鼠/天);( c ) ND 加 0.02% DHEAS(= 584 μg/小鼠/天 DHEAS;和(d)PLI 5001 饮食,不补充 DHEAS。
DHEA 和 DHEAS 测量。
测定尿液中的值是因为反复尝试测量血浆中的 DHEAS 给出了不一致且不可靠的结果(数据未显示)。通过将小鼠放在 50 毫升锥形离心管上获得尿样。未立即测定的样品冷冻并储存在-70°C。使用125 I-RIA 试剂盒(Diagnostic Systems Laboratory, Webster, TX)测量 DHEA 和 DHEAS 。由于该试剂盒针对人类样本的测量进行了优化,并且人类血清和尿液中的 DHEAS 水平至少比类似小鼠样本高 100 倍,因此用于 DHEAS 测量的所有成分,包括标准品,125I-示踪化合物和沉淀抗体使用从供应商处获得的缓冲液至少按 1:10 稀释。DHEA 水平的测量不需要这样的稀释,因为值落在试剂盒提供的标准范围内。
纸巾。
动物护理人员每天对小鼠进行两次检查,以监测垂死的小鼠并清除死亡动物。死小鼠保存在 4°C 以减少组织的自溶降解,大多数在死后 24 小时内进行尸检。观察每只小鼠的感知死亡原因,记录可见肿瘤的存在和其他重要发现。无论死因如何,心脏、肺、肝脏、脾脏、肠道和肾脏都保存在福尔马林中。所有肉眼可见的肿瘤也保存在福尔马林中供以后检查。将所有可用小鼠的脾脏横截面和肝叶样本包埋在石蜡中,无论是否存在可见肿瘤。来自脾、肝、肾、肺或淋巴结的可见肿瘤的片段也被包埋。
组织病理学。
组织切片最初由两名不了解小鼠治疗组的观察者检查淋巴增生性疾病的证据。组织过于自溶而无法诊断的动物被排除在组织病理学分析之外,但被包括在大体病理学和寿命数据中。诊断标准基于人体组织病理学(21)的现行标准。
如果在肝脏、淋巴结、肺或脾脏以外的任何部位存在 PCN 的证据,则判断小鼠死于 PCN,无论 PCN 是否也在脾脏中发现。表现出严重淀粉样变性但没有其他病症的小鼠并不常见,因为淀粉样变性通常与 PCN 相关。这些诊断被认为是保守的,因为肿瘤局灶性地出现在增生区域内,并且扩大的脾脏的样本横截面可能没有显示出更多进展的区域。PCN 在肝脏、肾脏或淋巴结中的转移性沉积物可能起源于也可能不起源于脾脏,因为 PCN 可能起源于具有浆细胞前体的任何部位(例如,骨髓)。
数据分析。
Gompertz (22)观察到那些存活到任何特定年龄的个体的死亡率随着时间的推移而增加,并作为年龄的指数函数增加:
g ( t ) =一个ebt _
其中g(t)是年龄别死亡率,t是死亡时间,a和b是比率参数。对于每组小鼠,使用个体小鼠的死亡和最后一次小鼠死亡的间隔构建了年龄特异性死亡率表。时间函数计算为自施加 CR 和/或 DHEAS 给药以来的时间。每个数据集的 Gompertz 函数的参数a和b是通过对数据应用最小二乘拟合来估计的(23)。
生存曲线(对数秩检验)、Gompertz 曲线和组织病理学发病率数据的数据分析使用 SAS 程序(SAS Institute,Cary,NC)进行。所有其他分析,包括平均存活时间以及 DHEA 和 DHEAS 的尿液水平,均使用 Student's t检验,并使用 Minitab 统计软件(宾夕法尼亚州立大学)进行。为每次死亡生成一个数据点,从 12 个月大时引入实验方案开始。Gompertzian 参数通过线性回归模型估计,使用饮食、DHEAS 和斜率作为协变量。所有交互都经过测试。通过逻辑回归分析组织病理学数据。当P < 0.05时,差异被认为是显着的。
结果
体重。
RD 组的小鼠体重迅速下降,然后稳定在比 ND 组小鼠的平均体重轻约 25%(图 1A  )。在整个研究过程中,食用 DHEAS 的受限小鼠(RD+D 组)的体重与 RD 小鼠没有差异。尽管在 16 至 31 个月时,正常喂养的消耗 DHEAS (ND+D) 的小鼠比 ND 小鼠稍重 (~6%),但差异无统计学意义。所有组的平均体重逐渐下降反映了疾病发病率的增加。在 36 个月时,当 150 只 ND 和 ND+D 小鼠中只有 12 只还活着时,存活的 RD(n = 29)和 RD+D(n = 21)小鼠的平均体重仅降低了 15%。
生存曲线。
所有四组的死亡率在 12 到 22 个月之间都很低(图 1  B)。只有 ND+D 小鼠在 22 个月时的存活率低于 90%。此后,来自 ND 和 ND+D 组的小鼠迅速死亡。ND 组的平均生存期为 29.2 ± 0.6 个月,与 ND+D 小鼠(29.9 ± 0.5 个月)相似;中位生存期分别为 29.8 个月和 30.5 个月。尽管 ND+D 组在将近 32 个月之前出现了生存获益,但后一种差异并未通过 Mann-Whitney 或对数秩检验获得统计学显着性。最后 10% 的 ND 和 ND+D 人群的平均生存时间分别为 37.8 ± 0.3 和 36.6 ± 0.5 个月,并且没有显着差异。所有 ND 小鼠均在 39 个月时死亡。
在 27 个月内,RD 组和 RD+D 组的生存率没有显着差异。RD 小鼠的平均存活率为 33.2 ± 0.7 个月,而 RD+D 小鼠为 32.6 ± 0.6 个月;中位生存期分别为 34.6 个月和 33.6 个月。后一种差异未通过 Mann-Whitney 或对数秩检验获得统计显着性。同样没有达到统计显着性的是最长寿的 10% RD 和 RD+D 小鼠的平均存活时间差异,分别为 41.8 ± 0.6 和 41.1 ± 0.5 个月。最后一只 RD 小鼠在 44.8 个月时死亡。与 ND 小鼠相比,RD 和 RD+D 小鼠的平均寿命增加非常显着(对于两组, P < 0.001),最长寿 10% 的平均寿命也是如此。
死亡率分析。
Gompertz 分析中的 4 条回归线平行于不同的截距(图 2)。通过将线外推到Y截距预测的初始死亡率的比较显示,对于添加或不添加 DHEAS(表2). 将小鼠置于 RD 上会立即降低估计的基本死亡率,使 ND 小鼠的死亡率高出 2.5 倍。根据最初的死亡率,每组中第一次死亡的预期等待时间有所增加,并显示了 RD 组的死亡是如何延迟的。在整个研究过程中,所有四组的特定年龄死亡率呈指数增长。
DHEAS 对潜在死亡率的影响未达到统计学显着性 ( P = 0.11),尽管与相应的 ND 或 RD 喂养小鼠相比,接受 DHEAS 的小鼠年龄别死亡率更高的趋势表明存在不利影响. 效果很小,但 ND 和 RD 喂养小鼠的初始死亡率增加了 27%。
四组数据的近乎平行线反映了回归线(b参数)的相似斜率(表 2),因此也反映了时间对死亡率的指数效应。这些数据表明,CR 和 DHEAS 治疗均不影响死亡率增加的时间相关函数。
DHEA 和 DHEAS 水平。
在饮用水或饮食中喂食 DHEAS 的小鼠的尿样中 DHEAS 的测量表明,随着小鼠被给予更多的量,排泄的浓度更高(表 3 )。还检查了尿样的 DHEA 水平,DHEA 可能是从 DHEAS 转化而来的活性化合物。在饮用水中添加 25 μg/ml DHEAS(在长期研究中喂给小鼠的剂量),尿液中的 DHEAS 浓度比未接受补充剂的小鼠样本高 >12 倍,并且 DHEA 浓度 >6 - 倍更大。通过进一步增加 DHEAS 的剂量,逐渐产生更高浓度的尿液 DHEA(表 3)。
病理。
在活小鼠和尸检时均观察到许多病理变化(表 4;图 3和图4)。ND 和 ND+D 组中的一些小鼠,分别有 12% 和 15%,出现了严重的溃疡性皮炎,这是一种在 B6 小鼠中常见的病症(24)。这些损伤通常表现为开放的、原始的伤口,可能是由于过度抓挠造成的。CR 具有明显的保护作用,因为每个 RD 组中只有一只小鼠被诊断出患有皮炎(P < 0.005)。皮炎本身并不是任何小鼠的明显死亡原因。
淋巴网状系统和肝脏的病理变化开始出现在所有四组中,大约 20 个月大。肉眼检查的常见发现是脾肿大或肝肿大。扩大的脾脏范围从 ~ 2 厘米长到 > 3 厘米长(高度扭曲)和 1 厘米宽或带有直径达 7 毫米的坚硬白色结节的脾脏。肝肿大通常伴有斑片状白色浸润,通常分布于整个肺叶。在少数情况下,肝脏中可见直径为 1-2 厘米的结节。这些肝、脾或肠系膜淋巴结的结节和浸润被诊断为 PCN,由大量小细胞组成,具有浓缩的、偏心的细胞核和嗜酸性细胞质(图3A  )。
PCN 的诊断在 RD 和 RD+D 小鼠中更常见,分别为 60% 和 73%,而在 ND 和 ND+D 小鼠中分别为 34% 和 46%(P < 0.005;表4 )。尽管 PCN 的发生率有增加的趋势,但 DHEAS 的影响与 CR 的影响无关,没有统计学意义(P < 0.09)。电子显微镜(数据未显示)证实这些细胞是浆细胞,基于具有突出的细胞质粗糙内质特征的小偏心核。在患有 PCN 的小鼠中,77% 的病例的肿瘤部位是肝脏或脾脏。其余 23% 的 PCN 位于淋巴结中,并在四个治疗组中平均分配。
其他癌症包括 LL 或白血病,这取决于起源部位,在 14% 的小鼠中发现,并且各组之间的发病率没有差异。低分化淋巴瘤具有泡状细胞核和模糊的细胞边界(图 3  B),而高分化淋巴瘤具有稀少的细胞质和小的深染细胞核(未显示)。肝细胞癌很少见,仅观察到三例。大多数肝结节由 PCN 组成(上图)。一些小鼠 (15%) 的肺部有坚硬的白色结节,代表支气管肺泡癌,但发病率不受热量摄入或 DHEAS 治疗的影响。肺部结节不是死因,因为不存在肺炎且未在任何器官中发现转移。
约 31% 的死亡病例发生肾脏、肝脏和脾脏中的淀粉样蛋白沉积(图 3  C ),并且通常与 PCN 相关。在没有观察到 PCN 和 LL 的情况下,只有 11 只小鼠 (4%) 有足够的淀粉样蛋白表明它是死亡原因。饮食不影响淀粉样蛋白的发展。
许多 ND (34%) 和 ND+D (47%) 小鼠死亡时,一个或两个精囊显着增大、坚硬,通常呈白色,但偶尔呈深棕色。据报道,这种异常是由于精液滞留(25)而不是肥大,在 RD 和 RD+D 小鼠中要少得多(分别只有 8% 和 5%;P < 0.005)。没有对这些增大的精囊进行显微镜检查。
与 ND 和 ND+D 小鼠 22 和22和分别为 16%(表 4)。绘制死亡数量和肿瘤数量随时间变化的平滑直方图(图 4)表明,接受 RD 或 RD+D 的小鼠死亡延迟与这些小鼠中肿瘤的较晚出现有关以及肿瘤数量的显着增加。
讨论
我们研究了在中年时接受饮食改变、CR 和/或 DHEAS 给药的小鼠的肿瘤模式和寿命。选择 DHEAS 补充剂是因为目前人类广泛使用,而支持这种做法的好处的数据有限。尽管 DHEAS 处理过的小鼠的尿液样本中 DHEA 和 DHEAS 的含量比未补充的小鼠样本高 10 倍,但 DHEAS 处理不会影响体重、肿瘤或两种热量摄入下的寿命。相比之下,CR 使体重降低了 26%,最长寿命增加了约 15%,荷瘤小鼠死亡的年龄也有所增加,而且出乎意料的是,还增加了死于癌症的小鼠的百分比。RD 小鼠 (66%) 中最普遍的癌症 PCN 的终生发病率高于 ND 小鼠 (41%)。
在这项研究中 DHEAS 缺乏效果的一种解释是剂量太低。为这种慢性治疗选择的剂量是 Daynes 和 Araneo (11)先前研究中使用的剂量的四分之一,该研究表明在饮用水中添加 DHEAS 1 年的老老鼠的免疫反应有所改善。其他关于给啮齿动物喂食 DHEA 的影响的研究使用的剂量比本研究的剂量高得多;例如,饮食中含有 0.3% 剂量的 DHEA,这是许多实验方案的典型(例如,参考文献26、27、28), 可以为小鼠提供 ~9 mg/天,比本研究中使用的每天 ~50 μg DHEAS 的剂量大 ~180 倍。然而,向啮齿动物喂食如此高的剂量会导致肝肿大、过氧化物酶体增殖、大鼠肝脏和脾脏中过氧化物酶体酶的增加 ( 26、28、29)、血清胆固醇降低(29、30)以及骨骼中谷胱甘肽过氧化物酶活性的增加肌肉(31)。
在过去 65 年中积累的大量证据表明,从生命早期(通常为 1-3 个月大)开始进行 CR 的啮齿动物显示出最长寿命的延长和广泛年龄段发育的延迟-相关的病理生理变化(1, 32)。早发性 CR 对自发性和诱发性癌症的影响已得到广泛研究。啮齿类动物从生命早期就开始限制饮食,大多数肿瘤的发病率降低和/或进展延迟(1)。这些数据既来自对死亡时肿瘤模式的评估(此处使用的方法),也来自对在预定年龄处死的动物的研究。
对中年或中年以上接受 CR 的小鼠的肿瘤模式和寿命进行的研究要少得多(综述见参考文献1)。据我们所知,这项研究代表了迄今为止进行的最大规模的此类试验。许多最初的工作涉及短命的小鼠品系。例如,在 1942 年,Tannenbaum (2)报道说,ABC 小鼠在 14 个月大时开始 CR,将 23 个月时肺部肿瘤的发病率从 58% 降低到 32%。此外,从 9 个月大开始限制的雌性 DBA 小鼠在 20 个月时的乳腺癌发病率为 7%,而在自由采食的对照组中为30% 。
之前,我们调查了 12 个月开始的 CR 对雄性小鼠寿命和肿瘤模式的影响。第一项研究涉及 B10C3F1小鼠(68 只对照和 67 只 CR)和一小群雄性 B6 小鼠(24 只对照和 29 只 CR;参考文献33)。我们观察到,CR 使荷瘤小鼠的最长寿命和平均死亡年龄增加了 10-20%,同时略微但没有显着降低肿瘤发病率。这些早期的肿瘤发病率数据与我们的数据不同,因为大多数数据仅从大体病理评估中获得。我们最近的研究(20)当存活的小鼠 30 个月大时,在 12 个月时接受 CR 的雄性 B6 小鼠的实验终止,导致在 19% 的 ND 小鼠和仅 5% 的 RD 小鼠中观察到肿瘤。然而,近 80% 的 RD 小鼠在 30 个月大时仍然存活,并且不允许它们有可能在以后的生命中发展成肿瘤。我们发现血清 IL-6 水平随着年龄的增长而增加,尤其是在那些患有淋巴瘤的 ND 小鼠中,但这种增加在 RD 饮食的小鼠中减弱了。类似地, c-myc mRNA 在 RD 小鼠脾细胞中的表达减少,而不是像 ND 小鼠那样随着年龄的增长而增加。
本研究从那个年龄开始又持续了 14 个月,在此期间,在 RD 和 RD+D 组的其余 73% 的小鼠中记录了总肿瘤的 78%。肝脏内的大多数肿瘤起源于浆细胞而不是肝细胞癌,因此降低了基于大体病理学(33)的肝细胞瘤的先前诊断,同时增加了淋巴网状病变的总数。此外,在这项研究中,大体发现脾肿大,即使有结节状外观,也常常被解释为增生而不是淋巴瘤。小鼠的浆细胞肿瘤和浆细胞瘤先前已有报道(34),尽管它们的发生率很低。也很少见(即, 0.5%) 是相关品系老年小鼠的自发性浆细胞肿瘤,被称为骨髓瘤,因为它们能够定位到骨髓并在骨髓内增殖(35)。这些骨髓瘤可能由更常见的单克隆丙种球蛋白病病例发展而来。此外,从其中一种骨髓瘤建立了产生 IL-6 并且在存在抗 IL-6 抗体的情况下生长受到抑制的细胞系(36)。
总的来说,这些数据表明,从断奶时开始的 CR,此时器官系统仍未完全发育,可能会显着降低小鼠一生中发生的肿瘤的发生率。然而,强加于成年小鼠的 CR 似乎减缓了现有肿瘤的促进和进展,从而使更多的小鼠活得足够长以在死亡时显示出肿瘤。
我们发现 RD 小鼠终生淋巴癌发病率较高,这是出乎意料的。一个可能的促成因素是对照饮食不是随意喂食,而是比雄性 B6 小鼠的平均随意摄入量低 ~10%。Tannenbaum (37)报道了 DBA 小鼠在 31 个月大时的乳腺癌发病率,该小鼠从 5 个月大开始以五种能量摄入之一 [8.1、8.9、9.6、10.3 和 11.7 =随意摄入千卡/天] 喂食。最低摄入量(= 严重 CR)导致的癌症发病率 (36%) 比ad libitum的 85% 发病率低得多-喂老鼠;然而,三个中间组(大致跨越此处报告的正常和限制摄入量)显示出 57-68% 的发病率,而热量摄入与癌症发病率之间没有很强的相关性。还描述了轻度 CR(随意水平的 80%)改变肿瘤模式的能力(38)。
我们的数据表明,成年发病的 CR 会急剧改变中年小鼠的生理状态,从而大大降低死亡风险;然而,一旦开始出现死亡率,CR 就不会影响随年龄增长的增长率。尽管分析方法不同,但值得注意的是,在早期对断奶后接受 CR 的 B6 小鼠的研究中,关于 CR 对死亡率的影响得出了类似的结论 (4 )。有趣的是,将小鼠置于 RD 上会迅速降低基本死亡率,使 ND 小鼠的死亡率高出 2.5 倍。事实上,一些对 CR 的反应很快。在大鼠中,CR 仅 5 天后血糖浓度下降约 20%,血浆胰岛素水平在 3 周后下降约 50% (39). 同样,在老鼠的大脑中,羰基的稳态水平(蛋白质氧化损伤的指标)在随意喂食1 年的动物中很高,但在引入 CR 后 3-6 周内下降(40)。
CR 后氧化应激的减少可能提供一种机制,通过该机制,CR 有利于影响肿瘤模式和寿命(1, 41)。已发现 CR 可以对抗小鼠几种组织中与年龄相关的氧化损伤增加(42, 43)。CR 对肿瘤生长速率以及对正常组织的影响可能部分是通过减少 DNA 合成和增加细胞凋亡(44, 45)来介导的,从而导致肿瘤发展减慢或非功能性衰老细胞的减少(46)。该过程的其他潜在介质是致癌基因,例如Fas,其与年龄相关的肝脏增加被 CR (47)或 c-脾细胞中的myc,它也随着年龄的增长而增加并被 CR 抑制(20)。
现在有大量来自实验室啮齿动物研究的证据表明,在中年或以后开始的 CR 可以延缓衰老过程的几种表现,包括疾病(1)、免疫衰老(48)和骨骼肌损失(49). 这些关于肿瘤模式的数据,在大体和组织病理学水平的大量研究小鼠中积累,表明从中年开始的 CR 不会降低整个生命周期的肿瘤发病率(就像在生命早期开始时那样),反而会提高它。尽管如此,受限小鼠的寿命更长。相反,DHEAS 治疗不影响肿瘤模式或寿命。CR 的益处是否会出现在人类身上尚不清楚;然而,来自恒河猴 CR 试验的数据表明,对 CR 的生理反应与啮齿动物相似(50, 51)。对 CR 的持续研究应该揭示其在啮齿动物中的作用机制及其对灵长类动物疾病和衰老影响的性质,这两者都可能对人类健康产生重要影响。
这篇文章的出版费用部分由版面费支付。因此,根据 18 USC 第 1734 节,本文必须特此标记为广告,仅用于表明这一事实。
1个
由美国癌症协会赠款 CN-57(给 RW)和国家老龄化研究所赠款 K01 AG00650(给 T.DP)支持。这是麦迪逊退伍军人事务部老年研究、教育和临床中心的第 #99-7 号出版物。
3个
使用的缩写是:CR,热量限制;DHEA,脱氢表雄酮;DHEAS,硫酸脱氢表雄酮;ND,正常饮食;RD,限制饮食;PCN,浆细胞肿瘤;LL,淋巴细胞性淋巴瘤;IL-6,白介素 6。
图。1。
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雄性 C57BI/6 小鼠的体重 ( A ) 和存活率 ( B )。给 12 个月大的小鼠喂食 ND(N;12.0 kcal/天)或 RD(R;8.9 kcal/天)。在 12 个月大时,每个饮食组中有一半的人在饮用水中随意服用 DHEAS (25 μg/ml)。每组开始时有 75 只小鼠。RD 和 RD+D 小鼠在卡路里减少 26% 的饮食中体重迅速下降,然后稳定在 24 到 26 克之间。- - -,接受 DHEAS 的小鼠的重量。各组的中位生存期(以月为单位)为:ND = 29.8、ND+D = 30.5、RD = 34.6 和 RD+D = 33.6。在 24 个月大(或节食 1 年)后观察到 RD 小鼠的存活率增加。
图 2。
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年龄特异性死亡率(每月死亡的存活小鼠的比例,自然对数)与雄性 B6 小鼠的年龄。坐标轴显示小鼠的月龄 ( mo );计算基于治疗开始时的年龄(= 12 个月大)。基于所有死亡的回归线;对于此图示,每第 10 个数据点绘制一次。斜坡是平行的。与 RD 和 RD+D 小鼠相比,ND 和 ND+D 小鼠在 12 个月大后始终具有更高的死亡率 ( P < 0.0001)。
图 3。
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雄性 B6 小鼠的显微照片;H&E染色。酒吧,10 微米。A,来自 32.4 个月大小鼠 (ND) 的肝脏 PCN 浸润。浆细胞 ( P ) 大量浸润,核偏心、浓缩染色质和嗜酸性细胞质;具有突出核仁(箭头)和双核细胞(箭头)的细胞核是恶性浆细胞的特征。肝细胞 ( H ) 具有位于中央的泡状细胞核和丰富的细胞质。正常的肝实质结构被 PCN 破坏,但胆管 ( D ) 仍然存在。乙,一只 35.1 个月大的小鼠 (RD+DHEAS) 脾脏中的低分化淋巴细胞性淋巴瘤。细胞核呈小泡状,大小和形状各不相同;细胞质稀少,细胞边界不清。C,一只 35.8 个月大的小鼠 (RD) 肾脏中的淀粉样蛋白沉积。肾小球 ( G ) 是无细胞的,被无定形嗜酸性物质替代。在这只小鼠的肝脏、脾脏和肿大的淋巴结中发现了 PCN。
图 4。
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A,总死亡人数和死于肿瘤的人数。ND 小鼠和 RD 小鼠的死亡人数和肿瘤死亡人数随年龄变化的平滑直方图。死亡总数(□)和死于癌症的小鼠数量(▨和▧)的分布相似;肿瘤存在于早期和晚期死亡中。数据被收集到 10 个相同大小的时间段,并生成了一条平滑的曲线。B,在饮用水中给予 25 μg/ml DHEAS 的 ND 和 RD 小鼠的死亡人数和死于肿瘤的类似平滑直方图作为年龄的函数。在 RD+D 小鼠中,死亡和肿瘤的分布也向后移动。DHEAS 对癌症数量或死亡时间没有明显影响。
表格1
饮食组成和喂养
对于这些等热量 (4.1 kcal/g) 配方,数值是每 100 g 饮食中的 g 成分。为了尽量减少喂养过程中的浪费,我们将粉末状饲料悬浮在 0.5% 的琼脂溶液中以产生半固体饲料。周一和周三喂食小鼠,每次喂食提供 24.0 kcal/小鼠 (ND) 或 17.7 kcal/小鼠 (RD)。周五,每只小鼠被给予 36.0 kcal (ND) 或 26.6 kcal (RD)。
成分检测不到(克/100 克)RD(克/100 克)
酪蛋白 22.0 27.7
dl-甲硫氨酸 0.3 0.4
蔗糖 27.0 23.5
玉米淀粉 27.0 23.5
玉米油(马佐拉) 13.5 13.5
纤维素 5.0 4.8
矿物混合物,AIN-76 3.5 4.4
碳酸钙 0.3 0.4
维生素组合 1.0 1.3
啤酒酵母 0.4 0.5
表 2
估计的 Gompertz 参数和年龄别死亡率
根据年龄特异性死亡率计算 12 个月大(治疗开始)小鼠的初始死亡率(图 2)。首次死亡的预测时间是初始死亡率的倒数,从计算的 Gompertz 参数得出,并调整为n = 75。相对死亡率将年龄别死亡率与初始死亡率最低的组进行比较率(RD小鼠)。Gompertz方程的时间因子(b)为直线的斜率(图2),表示年龄别死亡率随时间的增长速度,相互之间没有差异。
团体初始死亡率,每月 (%)预计首次死亡时间(月)相对率时间因素 ( b )
无损检测 0.50 2.7 2.5 0.007
ND+D 0.63 2.1 3.2 0.007
研发 0.20一个 6.7 1.0 0.007
研发+研发 0.25个 5.2 1.3 0.007
A
RD 和 RD+D 的初始死亡率明显低于 ND 和 ND+D;P < 0.0001。
表3
小鼠尿液中的 DHEA 和 DHEAS 浓度
值为 ng/ml;n = 3–11的平均值±标准误差。增加 DHEAS 的每日剂量会导致尿液中 DHEAS 和 DHEA 的浓度增加。
DHEAS 剂量,(微克/天)路线DHEAS脱氢表雄酮
0
6.5 ± 1.4 0.5±0.1
50 水 84.2 ± 29.1一个 3.2 ± 0.8乙
114 食物 297.5 ± 120.5一 10.3 ± 3.6
584 食物 508.4 ± 126.2乙 27.9 ± 8.6一个
A
显着高于未补充 DHEAS 的小鼠;P < 0.05。
b
显着高于未补充 DHEAS 的小鼠;P < 0.01。
表 4
死亡时的组织病理学发现
死于 PCN 或 LL 或未观察到病理的小鼠的发生率(百分比)。百分比不包括自溶病例。小鼠总数,n = 64;N+D,n = 67;R, n = 67; R+D,n = 63。PCN 和 LL 的发生基于显微镜诊断。显示了死亡时的平均年龄(月)± SE。
治疗多氯联苯
未观察到病理
发生率(%)平均死亡年龄(月)发生率(%)平均死亡年龄(月)发生率(%)平均死亡年龄(月)
无损检测 34 31.3 ± 0.9 14 29.3 ± 1.2 22 28.4 ± 1.8
ND+D 46 31.2 ± 0.7 19 27.5 ± 1.2 16 27.8 ± 1.4
研发 60个 35.3 ± 0.6乙 13 27.8 ± 1.7 13摄氏度 34.1 ± 2.8天
研发+研发 73个 34.4 ± 0.6乙 10 29.9 ± 1.4 6摄氏度 35.4 ± 2.4天
A
显着高于ND和ND+D小鼠;P < 0.005。
b
明显大于 ND 和 ND+D 小鼠;P > 0.0001。
C
显着低于ND和ND+D小鼠;P < 0.05。
d
明显大于 ND 和 ND+D 小鼠;P < 0.05。
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