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研究人员用干细胞基因使衰老小鼠“返老还童”

2016-12-30  点击:[]

生物通报道:干细胞可以产生其他类型的身体细胞,但它们还有一个惊人的能力——保持年轻。现在,研究人员已经利用这种能力来延长小鼠的寿命,并修复了它们的一些组织,相关研究结果发表在12月15日的《Cell》杂志。虽然这种方法在人类身上不起作用,但这可能带来某种方法,在我们变老的时候,使我们的身体保持活力。

斯坦福大学医学院的基因组科学家Howard Chang没有参与这项研究,但是他说:“这是一项精彩的研究成果。这项研究强调了一个观念,即衰老不仅仅是一个被动过程,我们可以通过干预改变这个结果。”

像我们的头发和皮肤一样,我们的染色体显示着我们的年龄。染色体携带分子附件,称为表观遗传标记,可帮助控制紧密的DNA如何盘绕,以及活性基因是如何被激活的。随着年龄的增长,这些标记会发生变化,可能会弄乱使我们细胞保持工作的精确协调的基因活性模式。

然而,表观遗传修饰并不是永久的。通过打开几个通常只在胚胎中活跃的基因,研究人员可以“重编程”成年体细胞转化为干细胞。该过程使表观遗传标记返回到它们的“青春设置”,使甚至老年的细胞“返老还童”。在2011年的一项研究中,科学家们在实验室重编程了来自101岁老人的细胞,重置了他们的表观遗传标记,并调整了他们的新陈代谢。但是,这种染色体重新启动能在实验室培养皿以外提供类似的好处吗?

为了弄清这一点,索尔克研究所的发育生物学家Juan Carlos Izpisú Belmonte和他的同事,在实验室中对小鼠进行了转基因修饰,使其通过打开四个关键基因来响应抗生素强力霉素,可以将成人细胞转化为干细胞。研究人员在表现哈钦森吉尔福德早衰综合症(HGPS,一种罕见的遗传疾病,像过早老化)的突变小鼠中尝试了他们的方法。HGPS儿童具有老年人特有的健康问题,如骨质疏松和动脉粥样硬化,他们通常在十几岁死于心脏病或中风。

给动物服用强力霉素可降低一些年老迹象,包括皮肤变薄。这也延缓了动物肾脏和脾脏的恶化,并使它们的心跳保持在轻快的步伐。另外,研究人员报道称,打开干细胞基因,可使突变小鼠的寿命延长了三分之一以上。

随着我们变老,我们替换死亡或受伤细胞的能力下降。为了确定激活干细胞基因是否能恢复这种能力,研究人员测试了健康的中年小鼠,它们制造胰岛素的β细胞被去除。打开干细胞基因,可增强啮齿类动物替换丢失的β细胞的能力。Izpisúa Belmonte和他的同事还测试了一组不同的中年小鼠如何可以修复肌肉损伤。如果干细胞基因是活跃的,这些动物可以更好地修复注射眼镜蛇毒所造成的肌肉损伤。Izpisúa Belmonte说:“我们认为,细胞重编程能够将旧的表观遗传程序转换为一个年轻的程序,从而减缓衰老过程。”

但是,篡改表观标记可能是有代价的。以往的研究发现,在成年小鼠中打开干细胞基因能导致癌症或畸胎瘤,有时萌牙或头发异常生长。然而,研究人员发现,他们可以通过给小鼠少剂量的强力霉素,而预防肿瘤、畸胎瘤。

Cedars-Sinai医学中心的再生生物学家Clive Svendsen没有参与这项研究,但是他指出:“我认为,这是‘部分重编程可以使某些组织变年轻’的一个概念证明。”但他说,他希望看到证据表明,重置表观遗传标记可增加健康动物的寿命,并且它在身体的某些部位起作用,如中枢神经系统,在那里细胞替代是有限的。“谁想拥有一颗年轻的心但却有一颗老脑袋呢?”

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