牛磺酸对果蝇寿命的影响

安少锋，沈 洁

(杭州电子科技大学生命信息及仪器工程学院，浙江 杭州 310018)

牛磺酸对果蝇寿命的影响

安少锋，沈 洁

(杭州电子科技大学生命信息及仪器工程学院，浙江 杭州 310018)

牛磺酸作为一种自然化合物在许多生命功能中发挥着重要作用，然而牛磺酸对衰老和寿命的调控作用仍不甚明了.针对牛磺酸对寿命的调控作用进行了研究，发现特定浓度和条件下牛磺酸的摄入可以延长果蝇的寿命.牛磺酸对果蝇寿命的调控具有性别特异性，即雌、雄果蝇的牛磺酸最适摄入浓度及引起的延寿比例是不同的.此外，饮食的热量高低也对牛磺酸的延寿作用有一定影响，进食高热量食物的果蝇，牛磺酸引起的延寿比例，相对进食普通热量食物的果蝇更大.再次，牛磺酸对寿命延长的有益作用，在果蝇雌雄单独饲养的情况下能观察到，但并没有在雌雄混合饲养条件下观察到.这些结果显示牛磺酸的延寿作用是受多种因素影响的，并存在性别特异性.

牛磺酸；果蝇；寿命；性别特异性

0 引 言

牛磺酸，又称β氨基乙磺酸，最早由牛胆汁中提炼得出，在鱼和肉中含量丰富.牛磺酸有许多基本生物学作用，例如抗氧化作用、渗透调节作用、膜稳定作用和钙信号调节作用[1]，许多膳食补充剂和能量饮料中均含有牛磺酸.牛磺酸已经被证实能够减轻由饮食引起的过度肥胖、糖尿病和高胆固醇症[2].研究发现牛磺酸能显著降低大鼠血糖浓度，且能降低患糖尿病兔子30%的血糖浓度.二甲双胍有降血糖作用，且最新研究发现二甲双胍可以延缓线虫的衰老[3-4].但是二甲双胍仅有降血糖作用，并有腹泻、恶心、损伤肝脏等副作用.而牛磺酸是一种人体能合成的氨基酸，对人体没有损伤，且同样具有降血糖作用.牛磺酸的延寿机制目前尚不清楚；但其降血糖作用能够改善果蝇体内能量代谢，其抗氧化作用是目前公认的抗衰老机制之一.为此，本文通过给果蝇喂食不同浓度牛磺酸和不同热量的食物，观察并研究了牛磺酸、食物热量及雌雄混合饲养因素对果蝇寿命的影响.

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验动物

本实验使用基因型为W1118的白眼野生型黑腹果蝇，从Bloomington Drosophila Stock Center购买所得.

1.1.2 实验试剂及仪器

实验试剂包括：天然牛磺酸粉(上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度99%)；蓝色染料、酵母浸粉以及液体石蜡；琼脂粉、无水氯化钙、葡萄糖；千岛湖纯净水、白砂糖、玉米粉、安琪酵母粉；对羟基苯甲酸乙酯；无水乙醇、95%乙醇以及丙酸.

实验仪器包括：智能人工气候箱、果蝇活动监测系统(Drosophila Activity Monitoring System，DAM)、手动组织研磨器以及紫外可见光分光光度计等.

1.2 实验方法

1.2.1 牛磺酸溶液配制

称取12.52 g牛磺酸，并溶于250 mL蒸馏水(dH2O)中，得到浓度为0.400 mol/L的牛磺酸原溶液；取4 mL浓度0.400 mol/L牛磺酸原溶液与36 mL dH2O相溶，1:9稀释，得到0.040 mol/L牛磺酸溶液；取4 mL浓度0.040 mol/L牛磺酸溶液与36 mL dH2O相溶，1:9稀释，得到0.004 mol/L牛磺酸溶液.

1.2.2 果蝇食物制作

实验所用的食物共有3种，分别是玉米粉食物、标准热量(1.0X)食物以及高热量(3.0X)食物.3种食物用途不同，玉米粉食物用于果蝇繁殖和培养，1.0X食物和3.0X食物用于实验.1.0X食物和3.0X食物的配方来源于文献[5]，如表1所示.果蝇的主食为酵母菌，实验所用食物主要成分为酵母粉.酵母粉营养丰富，蛋白质含量高，含有多种氨基酸和膳食纤维，同时富含多种微量元素.因此，实验所用食物能够保证果蝇的生长、发育.

表1 3种不同食物配方

1.2.3 寿命实验

1.2.4 进食量测试实验

进食量测试实验采用蓝色染料方法和毛细管方法，所用果蝇天龄为4 d和10 d.

蓝色染料方法：使果蝇进食添加了蓝色染料的1.0X食物，之后将果蝇置于锥底离心管并用手动组织研磨器加水研磨，离心后取其上清液在629 nm波长下进行吸光度测试[6].

毛细管方法：通过果蝇在一定时间内吸食的毛细管中液体食物的高度变化来测量果蝇进食量.具体测试方法为：将液体食物吸入毛细管，测量毛细管中液面高度，之后让果蝇吸取液体食物进食，一段时间后再测量毛细管中液面高度，以高度的差值为进食量多少的比较指标[7].食物配方为：5.000%白砂糖、5.000%酵母浸粉、0.135%蓝色染料.

1.2.5 果蝇活动监测实验

本文监测果蝇活动所使用的仪器是美国Trikinetics果蝇行为监测系统DAM.其原理为果蝇活动时切割红外线计数.将果蝇放置于透明的管子中，并把管子插在监测器上来计数果蝇的活动.

1.2.6 统计学分析

本文采用在线生存分析软件(Online application for survival analysis，OASIS)(https://sbi.postech.ac.kr/oasis/introduction/)计算寿命实验的中数、平均数、最小值、最大值以及T检验P值等数据，并采用及GraphPad Prism v. 6绘制果蝇生存曲线.使用在线生存分析软件SurvCurv(https://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/SurvCurv/)及统计软件SPSS 13.0对寿命实验及做活动监测实验做Cox回归分析.当P≥0.050时，表明数据无统计学意义，故本文分析时只考虑P<0.050的数据.

2 实验结果及分析

2.1 寿命实验

2.1.1 雌雄单独饲养

首先对雌雄单独饲养果蝇进食不同浓度牛磺酸进行实验，其寿命情况如表2所示，寿命曲线如图1、图2所示.

表2 进食不同浓度牛磺酸的雌雄单独饲养果蝇寿命

图1 雌雄单独饲养果蝇进食1.0X食物的生存曲线

图2 雌雄单独饲养果蝇进食3.0X食物的生存曲线

从表2中可以看出，1.0X食物组中，进食0.004 mol/L牛磺酸溶液的雌性果蝇寿命显著延长，平均寿命延长了5.10%，进食0.040 mol/L牛磺酸溶液的雄性果蝇寿命显著延长，平均寿命延长了5.30%.3.0X食物组中，3个实验组的雌性果蝇寿命均显著延长，平均寿命分别延长20.77%，12.27%和6.90%，并且延长效果大于1.0X组.3.0X食物组中，雄性果蝇在进食0.004 mol/L和0.040 mol/L牛磺酸溶液下寿命显著延长，平均寿命分别延长9.62%和10.49%.

2.1.2 混合饲养

为了探索自然界中普遍存在的性别混合对果蝇寿命的影响，将果蝇进行混合饲养，实验结果如表3所示，其寿命曲线如图3、图4所示.

表3 雌雄混合饲养的果蝇寿命

图3 混合饲养果蝇进食1.0X食物的生存曲线

图4 混合饲养果蝇进食3.0X食物的生存曲线

从表3中可以看出，与单独饲养的果蝇相比，在混合饲养组中，无论是1.0X食物还是3.0X食物，进食牛磺酸对果蝇没有延寿作用.另外，在1.0X食物组，混合饲养后雌性果蝇寿命显著缩短，但雄性果蝇影响不大.在3.0X食物组，雌性和雄性果蝇寿命均显著缩短(除去其中2组没有显著改变p≥0.050).

本文使用Cox风险比例回归模型进一步分析了牛磺酸浓度(Taurine)、性别(Sex)、饮食热量(Yeast)、雌雄混合饲养因素(Social)对果蝇寿命的影响.结果表明，热量、性别及雌雄混合饲养因素均单独对果蝇寿命有显著影响，与其他变量混合起来仍对果蝇寿命有显著影响.而牛磺酸对果蝇寿命的影响并不显著，与表2、表3中T检验得到的p值结果一致，牛磺酸只有在果蝇雌雄单独饲养下才能延长其寿命.

2.2 进食量实验

饮食限制(Dietary Restriction, DR)是指在提供生命体充足的营养成分(如氨基酸和维生素等)，并且不发生营养不良的情况下，限制生命体食物总量的摄入.果蝇营养不良会影响其身体机能，造成繁殖力下降、幼虫无法孵化或寿命缩短等结果.DR会使包括灵长类动物在内的许多动物寿命延长[8].牛磺酸对果蝇有着延寿作用，且DR能够延长果蝇的寿命，但牛磺酸是否会减少果蝇的进食量尚不清楚，因此采用蓝色染料法和毛细管法分别对单独饲养，天龄为4 d和10 d进食0.400 mol/L牛磺酸后的果蝇进行实验，其进食量如图5所示.蓝色染料法是从9：00起给果蝇进食3 h，测3 h的进食量并取平均值；毛细管法从8：00至20：00，每隔2 h测一次果蝇的进食量取平均值.结果表明，果蝇的进食量没有显著变化.

图5 进食0.400 mol/L牛磺酸后果蝇的进食量

2.3 活动监测实验

图6 3.0X食物组单独饲养雌性果蝇活动情况

分别对单独饲养，天龄为8 d，10 d的果蝇在1.0X食物中的活动性和天龄为4 d，6 d的果蝇在3.0X食物中的活动性进行实验.为了确保实验结果的准确性，将两次测量的果蝇置于监测器不同的位置并取两次数据的平均值.实验结果表明，进食牛磺酸后果蝇的活动性没有明显的改变.图6为3.0X食物组单独饲养雌性果蝇活动情况.

3 讨论

本文通过实验研究了牛磺酸对果蝇寿命的影响.实验结果表明，牛磺酸对雌雄单独饲养果蝇的寿命存在有益影响，且对雌性果蝇的影响比雄性果蝇大.之前的许多研究表明，不同物种的寿命实验都受性别特异性和性别差异影响，与本实验的结果基本一致.例如，DR对雌性线虫体型的影响相较于雄性线虫更加显著，且在对许多基因的调控方面存在差异.雷帕霉素对雌性小鼠的寿命延长作用要比雄性小鼠的更加显著[9].

本文实验中，无论在1.0X食物组还是在3.0X食物组中，单独饲养的雌性果蝇都要比雌雄混合饲养的雌性果蝇有更高的生存率.3.0X食物组中，单独饲养的雄性果蝇比混合饲养的雄性果蝇寿命更长；但是在1.0X食物组中，两组果蝇的寿命没有显著区别.在自然界中，两种性别是共存的，但许多寿命实验研究都将雌、雄分开饲养.果蝇及蠕虫实验研究表明，雄性的存在会缩短雌性的寿命[10-11].例如，交配后雄性果蝇的精液中存在一种多肽，会缩短雌性果蝇的寿命；交配所造成的物理损伤，是雄性缩短雌雄同体线虫寿命的原因；另外，即使没有交配，雄性产生的激素等可扩散性物质，也能缩短雌雄同体线虫的寿命.

DR是一个强有力的长寿保障机制[8].如果牛磺酸会造成果蝇进食量减少，那么其延寿作用实际是DR的影响.本文实验结果表明，进食牛磺酸后果蝇进食量没有显著变化.另外，实验还监测了早期果蝇的活动，尽管活动没有变化，但牛磺酸可能对年老果蝇的肌肉以及神经元有有利的影响.

综上所述，牛磺酸在一定情况下对果蝇具有延寿作用且具有性别特异性，即对雌性及雄性果蝇的作用最优浓度以及影响不同，但牛磺酸的延寿作用只在果蝇雌雄单独饲养的情况下观察到，而在雌雄混合饲养条件下消失了，这显示牛磺酸的延寿作用是受多种因素影响的.因此人类使用牛磺酸做为延寿药物之前，应针对不同性别和其他条件定制不同的方案，展开更加深入的研究.

4 结束语

本文以果蝇为模式生物，通过实验研究分析了牛磺酸、食物热量、雌雄分组等因素对果蝇寿命的影响.特定浓度的牛磺酸在雌雄单独饲养的情况下对果蝇具有延寿作用，且进食高热量食物的果蝇延寿作用更明显.此外，雌雄混合因素会缩短雌性果蝇的寿命，而对雄性果蝇则影响相对不明显.但是，牛磺酸是否对人类的寿命存在有益的影响仍未可知，且牛磺酸的安全摄入浓度及对不同性别的安全摄入浓度，仍需进一步深入研究.

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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

国家自然科学基金资助项目(31500970)

安少锋(1992-)，男，河北张家口人，硕士研究生，生物医学工程.通信作者：沈洁副教授，E-mail:shenjie@hdu.edu.cn.

Q419

A

1001-9146(2017)06-0073-06