斷食(圖右)與未斷食(圖左)小鼠ISC的分化能力比較 ( 來源:M. Mihaylova & C.W. Cheng )

腸道幹細胞是小腸上皮能以較快速度自我更新的關鍵,惟其再生速率隨老化而下降。不過,最新小鼠研究觀察發現:藉由斷食,促使細胞改以氧化脂肪為主要能量來源,可活化 PPAR 此一轉錄因子,使得老化腸道幹細胞亦可有較佳的分化能力與速度。

腸道幹細胞

作為諸多消化酶的反應場所,並面對食物中潛在的外來病原以及既有的寄生菌叢,消化道除了有著自成一格的免疫系統外,汰舊換新的速率亦是一大關鍵。以小腸為例,絨毛狀上皮細胞平均僅五至七日,便由新分裂出的細胞所取代、更新。

在絨毛與絨毛間凹陷處,為數相對稀少的小腸幹細胞 ( Intestinal Stem Cells, ISC ) ,是小腸能有如此快速更新速率的支持條件之一。與常耳聞由胚胎取出的多能 ( pluripotent ) 幹細胞不同,ISC 屬專能 ( multipotent ) 幹細胞 ,僅能自我分生或分化為特定類型的小腸上皮。然而隨著個體年齡的增長,其再生速率亦受影響,使得小腸在遭遇損傷或感染後,需要更長的時間方可復原。

低熱量飲食改變細胞代謝

然一麻省理工學院的醫學研究團隊,卻在小鼠實驗中發現:在小鼠歷經 24 小時斷食後,將其 ISC 取出並於培養皿中培養。在一定時間內,源自斷食小鼠的 ISC,相較於來自控制組中未斷食小鼠的 ISC,有著更佳的分化能力,分裂出更多近似小腸上皮的類器官 ( organoid ) 組織。而此現象,與年齡無關。意味著:斷食可在一定程度上重振老化ISC的功能。

深究其原理,在於長時間低熱量飲食,改變了細胞既有以葡萄糖為主的代謝途徑,活化過氧化物酶體增殖物活化受體 ( Peroxisome Proliferator-Activated Receptors,PPAR ),改以氧化脂肪為主要能量來源。而 PPAR 此一轉錄因子 ( transcription factor ),除影響包含脂肪在內的新陳代謝外,亦藉由改變基因表達,影響細胞的分化與發育。

藉由操控 PPAR 達到相同效果

研究人員又試圖阻斷該代謝途徑,或以 PPAR 的相似物取代之,發現可有效抵銷斷食在老化 ISC 上的正面效果,或在未經歷斷食的小鼠身上重現。雖已有多篇研究指出低熱量飲食對人類壽命長短或有正面影響,但藉由操作此單一轉錄因子,便可使個體在無需實際斷食的前提下,得以重振老化 ISC 原有的再生能力。或為往後發展,尤其進一步實際應用於人體的方向之一。

 

參考資料:

  1. Mihaylova, M.M. et al. (2018, May 3). Fasting Activates Fatty Acid Oxidation to Enhance Intestinal Stem Cell Function during Homeostasis and Aging. Cell Stem Cell.
  2. Umar, S. (2011, October 1). Intestinal stem cells. Curr Gastroenterol Rep.
  3. Trafton, A. (2018, May 3). Fasting boosts stem cells’ regenerative capacity. MIT News.
  4. MNT Editorial Team. (2017, July 19). What are stem cells? Medical News Today.
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