牛磺酸對果蠅壽命的影響

安少鋒，沈 潔

(杭州電子科技大學(xué)生命信息及儀器工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

?；撬釋墘勖挠绊?/p>

安少鋒，沈 潔

(杭州電子科技大學(xué)生命信息及儀器工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

?；撬嶙鳛橐环N自然化合物在許多生命功能中發(fā)揮著重要作用，然而?；撬釋λダ虾蛪勖恼{(diào)控作用仍不甚明了.針對?；撬釋勖恼{(diào)控作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)特定濃度和條件下?；撬岬臄z入可以延長果蠅的壽命.?；撬釋墘勖恼{(diào)控具有性別特異性，即雌、雄果蠅的?；撬嶙钸m攝入濃度及引起的延壽比例是不同的.此外，飲食的熱量高低也對?；撬岬难訅圩饔糜幸欢ㄓ绊?，進(jìn)食高熱量食物的果蠅，?；撬嵋鸬难訅郾壤?，相對進(jìn)食普通熱量食物的果蠅更大.再次，?；撬釋勖娱L的有益作用，在果蠅雌雄單獨(dú)飼養(yǎng)的情況下能觀察到，但并沒有在雌雄混合飼養(yǎng)條件下觀察到.這些結(jié)果顯示牛磺酸的延壽作用是受多種因素影響的，并存在性別特異性.

?；撬?；果蠅；壽命；性別特異性

0 引 言

?；撬幔址Qβ氨基乙磺酸，最早由牛膽汁中提煉得出，在魚和肉中含量豐富.牛磺酸有許多基本生物學(xué)作用，例如抗氧化作用、滲透調(diào)節(jié)作用、膜穩(wěn)定作用和鈣信號調(diào)節(jié)作用[1]，許多膳食補(bǔ)充劑和能量飲料中均含有?；撬??；撬嵋呀?jīng)被證實(shí)能夠減輕由飲食引起的過度肥胖、糖尿病和高膽固醇癥[2].研究發(fā)現(xiàn)牛磺酸能顯著降低大鼠血糖濃度，且能降低患糖尿病兔子30%的血糖濃度.二甲雙胍有降血糖作用，且最新研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可以延緩線蟲的衰老[3-4].但是二甲雙胍僅有降血糖作用，并有腹瀉、惡心、損傷肝臟等副作用.而?；撬崾且环N人體能合成的氨基酸，對人體沒有損傷，且同樣具有降血糖作用.?；撬岬难訅蹤C(jī)制目前尚不清楚；但其降血糖作用能夠改善果蠅體內(nèi)能量代謝，其抗氧化作用是目前公認(rèn)的抗衰老機(jī)制之一.為此，本文通過給果蠅喂食不同濃度牛磺酸和不同熱量的食物，觀察并研究了?；撬?、食物熱量及雌雄混合飼養(yǎng)因素對果蠅壽命的影響.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動物

本實(shí)驗(yàn)使用基因型為W1118的白眼野生型黑腹果蠅，從Bloomington Drosophila Stock Center購買所得.

1.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)試劑包括：天然?；撬岱?上海阿拉丁生化科技股份有限公司，純度99%)；藍(lán)色染料、酵母浸粉以及液體石蠟；瓊脂粉、無水氯化鈣、葡萄糖；千島湖純凈水、白砂糖、玉米粉、安琪酵母粉；對羥基苯甲酸乙酯；無水乙醇、95%乙醇以及丙酸.

實(shí)驗(yàn)儀器包括：智能人工氣候箱、果蠅活動監(jiān)測系統(tǒng)(Drosophila Activity Monitoring System，DAM)、手動組織研磨器以及紫外可見光分光光度計(jì)等.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ?；撬崛芤号渲?/p>

稱取12.52 g?；撬?，并溶于250 mL蒸餾水(dH2O)中，得到濃度為0.400 mol/L的牛磺酸原溶液；取4 mL濃度0.400 mol/L牛磺酸原溶液與36 mL dH2O相溶，1:9稀釋，得到0.040 mol/L?；撬崛芤?；取4 mL濃度0.040 mol/L?；撬崛芤号c36 mL dH2O相溶，1:9稀釋，得到0.004 mol/L?；撬崛芤?

1.2.2 果蠅食物制作

實(shí)驗(yàn)所用的食物共有3種，分別是玉米粉食物、標(biāo)準(zhǔn)熱量(1.0X)食物以及高熱量(3.0X)食物.3種食物用途不同，玉米粉食物用于果蠅繁殖和培養(yǎng)，1.0X食物和3.0X食物用于實(shí)驗(yàn).1.0X食物和3.0X食物的配方來源于文獻(xiàn)[5]，如表1所示.果蠅的主食為酵母菌，實(shí)驗(yàn)所用食物主要成分為酵母粉.酵母粉營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高，含有多種氨基酸和膳食纖維，同時富含多種微量元素.因此，實(shí)驗(yàn)所用食物能夠保證果蠅的生長、發(fā)育.

表1 3種不同食物配方

1.2.3 壽命實(shí)驗(yàn)

1.2.4 進(jìn)食量測試實(shí)驗(yàn)

進(jìn)食量測試實(shí)驗(yàn)采用藍(lán)色染料方法和毛細(xì)管方法，所用果蠅天齡為4 d和10 d.

藍(lán)色染料方法：使果蠅進(jìn)食添加了藍(lán)色染料的1.0X食物，之后將果蠅置于錐底離心管并用手動組織研磨器加水研磨，離心后取其上清液在629 nm波長下進(jìn)行吸光度測試[6].

毛細(xì)管方法：通過果蠅在一定時間內(nèi)吸食的毛細(xì)管中液體食物的高度變化來測量果蠅進(jìn)食量.具體測試方法為：將液體食物吸入毛細(xì)管，測量毛細(xì)管中液面高度，之后讓果蠅吸取液體食物進(jìn)食，一段時間后再測量毛細(xì)管中液面高度，以高度的差值為進(jìn)食量多少的比較指標(biāo)[7].食物配方為：5.000%白砂糖、5.000%酵母浸粉、0.135%藍(lán)色染料.

1.2.5 果蠅活動監(jiān)測實(shí)驗(yàn)

本文監(jiān)測果蠅活動所使用的儀器是美國Trikinetics果蠅行為監(jiān)測系統(tǒng)DAM.其原理為果蠅活動時切割紅外線計(jì)數(shù).將果蠅放置于透明的管子中，并把管子插在監(jiān)測器上來計(jì)數(shù)果蠅的活動.

1.2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本文采用在線生存分析軟件(Online application for survival analysis，OASIS)(https://sbi.postech.ac.kr/oasis/introduction/)計(jì)算壽命實(shí)驗(yàn)的中數(shù)、平均數(shù)、最小值、最大值以及T檢驗(yàn)P值等數(shù)據(jù)，并采用及GraphPad Prism v. 6繪制果蠅生存曲線.使用在線生存分析軟件SurvCurv(https://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/SurvCurv/)及統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 13.0對壽命實(shí)驗(yàn)及做活動監(jiān)測實(shí)驗(yàn)做Cox回歸分析.當(dāng)P≥0.050時，表明數(shù)據(jù)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，故本文分析時只考慮P<0.050的數(shù)據(jù).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 壽命實(shí)驗(yàn)

2.1.1 雌雄單獨(dú)飼養(yǎng)

首先對雌雄單獨(dú)飼養(yǎng)果蠅進(jìn)食不同濃度?；撬徇M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其壽命情況如表2所示，壽命曲線如圖1、圖2所示.

表2 進(jìn)食不同濃度?；撬岬拇菩蹎为?dú)飼養(yǎng)果蠅壽命

圖1 雌雄單獨(dú)飼養(yǎng)果蠅進(jìn)食1.0X食物的生存曲線

圖2 雌雄單獨(dú)飼養(yǎng)果蠅進(jìn)食3.0X食物的生存曲線

從表2中可以看出，1.0X食物組中，進(jìn)食0.004 mol/L?；撬崛芤旱拇菩怨墘勖@著延長，平均壽命延長了5.10%，進(jìn)食0.040 mol/L?；撬崛芤旱男坌怨墘勖@著延長，平均壽命延長了5.30%.3.0X食物組中，3個實(shí)驗(yàn)組的雌性果蠅壽命均顯著延長，平均壽命分別延長20.77%，12.27%和6.90%，并且延長效果大于1.0X組.3.0X食物組中，雄性果蠅在進(jìn)食0.004 mol/L和0.040 mol/L?；撬崛芤合聣勖@著延長，平均壽命分別延長9.62%和10.49%.

2.1.2 混合飼養(yǎng)

為了探索自然界中普遍存在的性別混合對果蠅壽命的影響，將果蠅進(jìn)行混合飼養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其壽命曲線如圖3、圖4所示.

表3 雌雄混合飼養(yǎng)的果蠅壽命

圖3 混合飼養(yǎng)果蠅進(jìn)食1.0X食物的生存曲線

圖4 混合飼養(yǎng)果蠅進(jìn)食3.0X食物的生存曲線

從表3中可以看出，與單獨(dú)飼養(yǎng)的果蠅相比，在混合飼養(yǎng)組中，無論是1.0X食物還是3.0X食物，進(jìn)食?；撬釋墰]有延壽作用.另外，在1.0X食物組，混合飼養(yǎng)后雌性果蠅壽命顯著縮短，但雄性果蠅影響不大.在3.0X食物組，雌性和雄性果蠅壽命均顯著縮短(除去其中2組沒有顯著改變p≥0.050).

本文使用Cox風(fēng)險比例回歸模型進(jìn)一步分析了?；撬釢舛?Taurine)、性別(Sex)、飲食熱量(Yeast)、雌雄混合飼養(yǎng)因素(Social)對果蠅壽命的影響.結(jié)果表明，熱量、性別及雌雄混合飼養(yǎng)因素均單獨(dú)對果蠅壽命有顯著影響，與其他變量混合起來仍對果蠅壽命有顯著影響.而?；撬釋墘勖挠绊懖⒉伙@著，與表2、表3中T檢驗(yàn)得到的p值結(jié)果一致，牛磺酸只有在果蠅雌雄單獨(dú)飼養(yǎng)下才能延長其壽命.

2.2 進(jìn)食量實(shí)驗(yàn)

飲食限制(Dietary Restriction, DR)是指在提供生命體充足的營養(yǎng)成分(如氨基酸和維生素等)，并且不發(fā)生營養(yǎng)不良的情況下，限制生命體食物總量的攝入.果蠅營養(yǎng)不良會影響其身體機(jī)能，造成繁殖力下降、幼蟲無法孵化或壽命縮短等結(jié)果.DR會使包括靈長類動物在內(nèi)的許多動物壽命延長[8].?；撬釋売兄訅圩饔?，且DR能夠延長果蠅的壽命，但?；撬崾欠駮p少果蠅的進(jìn)食量尚不清楚，因此采用藍(lán)色染料法和毛細(xì)管法分別對單獨(dú)飼養(yǎng)，天齡為4 d和10 d進(jìn)食0.400 mol/L?；撬岷蟮墓夁M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其進(jìn)食量如圖5所示.藍(lán)色染料法是從9：00起給果蠅進(jìn)食3 h，測3 h的進(jìn)食量并取平均值；毛細(xì)管法從8：00至20：00，每隔2 h測一次果蠅的進(jìn)食量取平均值.結(jié)果表明，果蠅的進(jìn)食量沒有顯著變化.

圖5 進(jìn)食0.400 mol/L?；撬岷蠊壍倪M(jìn)食量

2.3 活動監(jiān)測實(shí)驗(yàn)

圖6 3.0X食物組單獨(dú)飼養(yǎng)雌性果蠅活動情況

分別對單獨(dú)飼養(yǎng)，天齡為8 d，10 d的果蠅在1.0X食物中的活動性和天齡為4 d，6 d的果蠅在3.0X食物中的活動性進(jìn)行實(shí)驗(yàn).為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將兩次測量的果蠅置于監(jiān)測器不同的位置并取兩次數(shù)據(jù)的平均值.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)食?；撬岷蠊壍幕顒有詻]有明顯的改變.圖6為3.0X食物組單獨(dú)飼養(yǎng)雌性果蠅活動情況.

3 討論

本文通過實(shí)驗(yàn)研究了?；撬釋墘勖挠绊?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，?；撬釋Υ菩蹎为?dú)飼養(yǎng)果蠅的壽命存在有益影響，且對雌性果蠅的影響比雄性果蠅大.之前的許多研究表明，不同物種的壽命實(shí)驗(yàn)都受性別特異性和性別差異影響，與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基本一致.例如，DR對雌性線蟲體型的影響相較于雄性線蟲更加顯著，且在對許多基因的調(diào)控方面存在差異.雷帕霉素對雌性小鼠的壽命延長作用要比雄性小鼠的更加顯著[9].

本文實(shí)驗(yàn)中，無論在1.0X食物組還是在3.0X食物組中，單獨(dú)飼養(yǎng)的雌性果蠅都要比雌雄混合飼養(yǎng)的雌性果蠅有更高的生存率.3.0X食物組中，單獨(dú)飼養(yǎng)的雄性果蠅比混合飼養(yǎng)的雄性果蠅壽命更長；但是在1.0X食物組中，兩組果蠅的壽命沒有顯著區(qū)別.在自然界中，兩種性別是共存的，但許多壽命實(shí)驗(yàn)研究都將雌、雄分開飼養(yǎng).果蠅及蠕蟲實(shí)驗(yàn)研究表明，雄性的存在會縮短雌性的壽命[10-11].例如，交配后雄性果蠅的精液中存在一種多肽，會縮短雌性果蠅的壽命；交配所造成的物理損傷，是雄性縮短雌雄同體線蟲壽命的原因；另外，即使沒有交配，雄性產(chǎn)生的激素等可擴(kuò)散性物質(zhì)，也能縮短雌雄同體線蟲的壽命.

DR是一個強(qiáng)有力的長壽保障機(jī)制[8].如果?；撬釙斐晒夁M(jìn)食量減少，那么其延壽作用實(shí)際是DR的影響.本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)食牛磺酸后果蠅進(jìn)食量沒有顯著變化.另外，實(shí)驗(yàn)還監(jiān)測了早期果蠅的活動，盡管活動沒有變化，但?；撬峥赡軐δ昀瞎壍募∪庖约吧窠?jīng)元有有利的影響.

綜上所述，?；撬嵩谝欢ㄇ闆r下對果蠅具有延壽作用且具有性別特異性，即對雌性及雄性果蠅的作用最優(yōu)濃度以及影響不同，但?；撬岬难訅圩饔弥辉诠壌菩蹎为?dú)飼養(yǎng)的情況下觀察到，而在雌雄混合飼養(yǎng)條件下消失了，這顯示?；撬岬难訅圩饔檬鞘芏喾N因素影響的.因此人類使用?；撬嶙鰹檠訅鬯幬镏埃瑧?yīng)針對不同性別和其他條件定制不同的方案，展開更加深入的研究.

4 結(jié)束語

本文以果蠅為模式生物，通過實(shí)驗(yàn)研究分析了?；撬?、食物熱量、雌雄分組等因素對果蠅壽命的影響.特定濃度的?；撬嵩诖菩蹎为?dú)飼養(yǎng)的情況下對果蠅具有延壽作用，且進(jìn)食高熱量食物的果蠅延壽作用更明顯.此外，雌雄混合因素會縮短雌性果蠅的壽命，而對雄性果蠅則影響相對不明顯.但是，牛磺酸是否對人類的壽命存在有益的影響仍未可知，且?；撬岬陌踩珨z入濃度及對不同性別的安全攝入濃度，仍需進(jìn)一步深入研究.

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EffectsofTaurineonDrosophilaLifeSpan

AN Shaofeng, SHEN Jie

(CollegeofLifeInformationScienceandInstrumentEngineering,HangzhouDianziUniversity,HangzhouZhejiang310018,China)

Taurine, a natural organic compound, is important for many biological functions; however, the effect of taurine on aging and life span is unknown. Here, it shows that oral administration of taurine to adult drosophila induced an increase in life span in this paper. Induction of life span extension is sex-specific; the optimal concentration for males and females, and the percent of extensions are different. Diet has an impact on taurine effect. Taurine treatment increased life span much greater on high yeast diet food than on standard diet food. Furthermore, the beneficial effect of taurine was observed in the separate-sex environment but not in the mixed-sex environment. Together, these results reveal that taurine has sex specific and sometimes sexually opposite effects on life span.

taurine; drosophila; life span; sex specificity

10.13954/j.cnki.hdu.2017.06.014

2017-01-09

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31500970)

安少鋒(1992-)，男，河北張家口人，碩士研究生，生物醫(yī)學(xué)工程.通信作者：沈潔副教授，E-mail:shenjie@hdu.edu.cn.

Q419

A

1001-9146(2017)06-0073-06