Come la restrizione calorica previene gli effetti negativi dell'invecchiamento nelle cellule

"Sapevamo già che la restrizione calorica aumenta la durata della vita, ma ora abbiamo mostrato tutti i cambiamenti che si verificano a livello di singola cellula per causarlo", afferma Juan Carlos Izpisua Belmonte, autore senior del nuovo documento, professore di Salk Gene Expression Laboratory e titolare della sedia Roger Guillemin. "Questo ci dà obiettivi su cui potremmo eventualmente essere in grado di agire con farmaci per trattare l'invecchiamento nell'uomo".

Come la restrizione calorica previene gli effetti negativi dell'invecchiamento nelle cellule

Se si desidera ridurre i livelli di infiammazione in tutto il corpo, ritardare l'insorgenza di malattie legate all'età e vivere più a lungo, mangiare meno cibo. Questa è la conclusione di un nuovo studio condotto da scienziati statunitensi e cinesi che fornisce il rapporto più dettagliato fino ad oggi sugli effetti cellulari di una dieta ipocalorica nei ratti. Mentre i benefici della restrizione calorica sono noti da tempo, i nuovi risultati mostrano come questa restrizione possa proteggere dall'invecchiamento nelle vie cellulari, come dettagliato in Cell il 27 febbraio 2020.

"Sapevamo già che la restrizione calorica aumenta la durata della vita, ma ora abbiamo mostrato tutti i cambiamenti che si verificano a livello di singola cellula per causarlo", afferma Juan Carlos Izpisua Belmonte, autore senior del nuovo documento, professore di Salk Gene Expression Laboratory e titolare della sedia Roger Guillemin. "Questo ci dà obiettivi su cui potremmo eventualmente essere in grado di agire con farmaci per trattare l'invecchiamento nell'uomo".

L'invecchiamento è il più alto fattore di rischio per molte malattie umane, tra cui cancro, demenza, diabete e sindrome metabolica. La restrizione calorica ha dimostrato nei modelli animali di essere uno degli interventi più efficaci contro queste malattie legate all'età. E sebbene i ricercatori sappiano che le singole cellule subiscono molti cambiamenti con l'invecchiamento dell'organismo, non hanno saputo come la restrizione calorica possa influenzare questi cambiamenti.

Nel nuovo articolo, Belmonte e i suoi collaboratori - tra cui tre ex-alunni del suo laboratorio Salk, che ora sono professori che gestiscono i propri programmi di ricerca in Cina - hanno confrontato i topi che consumavano il 30 percento in meno di calorie con i topi con diete normali. Le diete degli animali sono state controllate dall'età di 18 mesi a 27 mesi. (Nell'uomo, questo sarebbe all'incirca equivalente a qualcuno che segue una dieta ipocalorica dai 50 ai 70 anni.)

Sia all'inizio che alla conclusione della dieta, il team di Belmonte ha isolato e analizzato un totale di 168.703 cellule da 40 tipi di cellule nei 56 ratti. Le cellule provenivano da tessuti adiposi, fegato, rene, aorta, pelle, midollo osseo, cervello e muscoli. In ogni cellula isolata, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia di sequenziamento genetico a singola cellula per misurare i livelli di attività dei geni. Hanno anche esaminato la composizione complessiva dei tipi di cellule all'interno di un dato tessuto. Quindi, hanno confrontato topi vecchi e giovani su ogni dieta.

Molti dei cambiamenti che si sono verificati quando i ratti nella dieta normale sono cresciuti non si sono verificati nei ratti con una dieta limitata; anche nella vecchiaia, molti dei tessuti e delle cellule degli animali nella dieta assomigliavano molto a quelli dei giovani ratti. Complessivamente, il 57 percento dei cambiamenti legati all'età nella composizione cellulare osservati nei tessuti dei ratti con una dieta normale non erano presenti nei ratti con la dieta ipocalorica.

"Questo approccio non solo ci ha detto l'effetto della restrizione calorica su questi tipi di cellule, ma ha anche fornito lo studio più completo e dettagliato di ciò che accade a livello di singola cellula durante l'invecchiamento", afferma l'autore correlato Guang-Hui Liu, un professore all'Accademia cinese delle scienze.

Alcune delle cellule e dei geni più colpiti dalla dieta sono correlati all'immunità, all'infiammazione e al metabolismo lipidico. Il numero di cellule immunitarie in quasi tutti i tessuti studiati è aumentato drammaticamente quando i ratti di controllo invecchiano ma non è influenzato dall'età nei ratti con calorie limitate. Nel tessuto adiposo bruno - un tipo di tessuto adiposo - una dieta ipocalorica ripristinava i livelli di espressione di molti geni antinfiammatori rispetto a quelli osservati nei giovani animali.

"La scoperta principale nel presente studio è che l'aumento della risposta infiammatoria durante l'invecchiamento potrebbe essere sistematicamente represso dalla restrizione calorica", afferma l'autore correlato Jing Qu, anche professore all'Accademia cinese delle scienze.

Quando i ricercatori hanno accolto i fattori di trascrizione - essenzialmente interruttori master che possono alterare ampiamente l'attività di molti altri geni - che sono stati alterati dalla restrizione calorica, uno si è distinto. I livelli del fattore di trascrizione Ybx1 sono stati alterati dalla dieta in 23 diversi tipi di cellule. Gli scienziati ritengono che Ybx1 possa essere un fattore di trascrizione legato all'età e stanno pianificando ulteriori ricerche sui suoi effetti.

"La gente dice che 'tu sei quello che mangi' e stiamo scoprendo che ciò è vero in molti modi", afferma Concepcion Rodriguez Esteban, un altro degli autori del documento e un ricercatore dello staff di Salk. "Lo stato delle tue cellule mentre invecchi dipende chiaramente dalle tue interazioni con il tuo ambiente, che include cosa e quanto mangi."

Il team sta ora cercando di utilizzare queste informazioni nel tentativo di scoprire gli obiettivi di invecchiamento della droga e attuare strategie per aumentare la durata della vita e della salute.

Altri ricercatori nello studio sono stati Shuai Ma, Shuhui Sun, Lingling Geng, Moshi Song, Wei Wang, Yanxia Ye, Qianzhao Ji, Zhiran Zou, Si Wang e Qi Zhou dell'Accademia cinese delle scienze; Xiaojuan He, Wei Li, Piu Chan e Weiqi Zhang della Xuanwu Hospital Capital Medical University; Xiao Long di Pechino Union Medical Hospital Hospital; e Guoji Guo della Zhejiang University School of Medicine.

Il lavoro e i ricercatori coinvolti sono stati supportati da sovvenzioni del Programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave della Cina, il Programma di ricerca di priorità strategica dell'Accademia cinese delle scienze, la Fondazione nazionale di scienze naturali della Cina, la Fondazione di scienze naturali di Pechino, la Commissione municipale per la salute di Pechino e pianificazione familiare, Advanced Innovation Center for Human Brain Protection, State Key Laboratory of Membrane Biology, Moxie Foundation e Glenn Foundation.