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从生物学角度,我们有可能实现“返老还童”吗?

我们能逆转衰老吗?我们能逆转衰老吗?

  以老人的身份出生,以婴儿的身份死去,这样的情节只会在小说里面出现。不过,科学家们已经找到了一种方法,可以在细胞水平上实现类似的奇迹。通过操纵细胞的某些基因,研究人员可以将完全成熟的细胞转变成“年轻的”干细胞。

  在电影《本杰明·巴顿奇事》(The Curious Case of Benjamin Button)中,名为本杰明·巴顿得主角出生时就像一个老人,被当作怪物遗弃在养老院,但谁也没有想到,他竟然倒转了年龄,越活越年轻,最后以婴儿的形态死去。这样的情节完全是虚构的,但在美国加利福尼亚州的索尔克研究所,科学家们发现了类似逆转衰老的过程。

干细胞如何分化成多种不同类型的细胞,最终组成了我们的身体干细胞如何分化成多种不同类型的细胞,最终组成了我们的身体

  衰老,其实就是随着时间的推移,细胞损伤不断累积而自然发生的过程。活性氧(ROS)在衰老过程中起着重要作用。此外,环境污染和不良的生活方式也加速了我们的身体和精神的退化。白内障、皮肤皱纹、高血压、糖尿病和痴呆等,都是衰老的一些特征。那么,我们能否逆转或减轻这些与年龄有关的迹象?

  近日,科学家已着手开发“细胞再生技术”(CRT),来降低与年龄相关的疾病发病率。这项技术包括在衰老细胞中表达“山中因子”(Yamanaka factors),这些因子能将表观遗传标记重置为在年轻动物身上发现的模式。

  确切地说,逆转衰老并不是让一个60岁的人看起来像20岁,而是让一个60岁的人在身体功能方面感觉像20岁的人一样健康。

左:水螅虫的再生。水螅具有可以再生的干细胞,使其接近永生的状态。右:涡虫的再生左:水螅虫的再生。水螅具有可以再生的干细胞,使其接近永生的状态。右:涡虫的再生

  理解多能性

  首先,我们需要使身体的单个细胞变得“年轻”。也就是说,我们身体的细胞应该有能力再生并形成新的、更年轻的细胞。多能干细胞就具有这样的能力。

  多能干细胞能够分裂并分化成多种细胞类型,它们具有两个独特的性质:一是自我更新;二是分化成具有不同功能的细胞的能力。

  多能干细胞有两种类型:胚胎干细胞和诱导性多能干细胞(iPSC)。胚胎干细胞来源于囊胚的内细胞团,可分化为外胚层、中胚层和内胚层。诱导多能干细胞则是由哺乳动物体细胞逆向编程而成的多能干细胞。

  在被称为转录因子的蛋白质的特定信号的影响下,这些人工诱导的多能干细胞可以分化成具有固定功能的特化细胞。例如,转录因子如Snail, MITF和c-kit等,可以将多能干细胞分化为黑色素细胞(一种皮肤细胞)。

诱导性多能干细胞(iPSC)如何转变为多种不同类型的细胞诱导性多能干细胞(iPSC)如何转变为多种不同类型的细胞

  存在不朽的生命体吗?

  涡虫、水螅和海星等生物是目前已发现的最接近不朽的生物。它们拥有大量的多能干细胞,可以不断分化,以取代受损或老化的细胞。因此,在人类身上,多能干细胞的确有可能分化并取代衰老细胞,“返老还童”或许并不是梦。

诱导性多能干细胞(iPSC)分化为多种细胞类型,包括神经细胞、肌肉细胞、脂肪细胞诱导性多能干细胞(iPSC)分化为多种细胞类型,包括神经细胞、肌肉细胞、脂肪细胞

  山中因子与诱导多能性

  多能干细胞已经在干细胞治疗中有所应用。日本干细胞科学家山中伸弥和他的团队在2006年发现了诱导多能性干细胞(iPSC),开启了干细胞治疗的新领域。

  iPSC是通过慢病毒载体将Oct-4、Sox4、Klf4和c-Myc四种转录因子基因(合称OSKM基因)转入成体细胞,将其转化为类似于胚胎干细胞的多能干细胞。与胚胎干细胞一样,这些重新编程的细胞也具有自我更新的能力,理论上可以分化成任何细胞类型,发育为成体的任何器官、组织。在诱导过程中,成熟的特定细胞本质上就实现了“逆转衰老”,转变为多能干细胞。

  通过iPSC技术,人类在历史上第一次拥有了可以用于治疗的多能干细胞。诱导性多能干细胞也是除胚胎干细胞外唯一的多能干细胞。

  从胚胎细胞到分化细胞

  对于细胞的命运,一个重要的“信条”是:胚胎细胞在某些基因表达后会成为分化细胞。山中伸弥在将分化细胞逆向编程为诱导性多能干细胞的过程,挑战了这一信条,并彻底改变了干细胞研究。

  在山中伸弥利用转录因子创造奇迹之前,多能细胞向分化细胞的转化是一条单行道。借助“山中因子”,他将分化细胞(成年小白鼠的成纤维细胞)转变为iPS细胞,从而消除其细胞命运。这些细胞在某些因子的影响下,又可以分化为特定的细胞类型(肌肉细胞、神经细胞或骨细胞等)。

在不同转录因子的介导下,成纤维细胞转变为诱导性多能干细胞,然后分化为黑色素细胞。在不同转录因子的介导下,成纤维细胞转变为诱导性多能干细胞,然后分化为黑色素细胞。

  更进一步:逆转衰老

  有了诱导性多能干细胞,利用适当的信号来重置细胞程序就成为可能。这就引出了一个问题:在转录因子的帮助下,人类体内的衰老细胞能否重新变得年轻和健康。

  来自索尔克研究所的科学家已经成功地将老化细胞“重置”为年轻细胞。那么,间断性地表达与胚胎状态相关的基因(Oct4、Klf4、Sox2),是否可以逆转衰老的特征呢?科学家认为,衰老不是单向的,只要发出正确的信号,衰老也是可以逆转的。

  研究人员推测,衰老动物的细胞重编程会使它们变得年轻。唯一的瓶颈在于,尽管细胞再生在实验室中操作起来很简单,但在整个生物体内部,可能就会有完全不同的表现。此外,诱导性多能干细胞会不断繁殖,因此直接将其引入衰老动物可能不太有利。在短时间内诱导山中因子可能更有利于逆转衰老。

  早老症(一种过早衰老的疾病)的小鼠模型常被用来研究逆转衰老。通过在早老症小鼠中短期诱导Oct4、Sox-2和Klf4 基因(OSK基因),结果发现,表达OSK基因的小鼠比对照组小鼠更年轻,心血管和肺功能也得到改善,寿命延长了30%。OSK基因在衰老小鼠中以短脉冲形式表达,而科学家也在正常衰老小鼠中观察到了逆转衰老的迹象。换言之,衰老小鼠的生活质量通过山中因子的细胞重编程得到了改善。

  结语

  在某种意义上,山中因子或许能让我们把时钟倒转,使老年人的衰老器官恢复活力,或是治疗某些由基因导致的身体衰老过程。衰老细胞重新变得年轻的过程,必须通过可控的、安全的山中因子表达来诱导。当然,这些在小鼠身上进行的研究并不能直接套在人类身上,但科学家们已经迈出了第一步,逆转衰老的前景逐渐变得清晰起来。(拍卖网


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