干细胞可大量地生成其他类型的体细胞,而且另外还具有使体细胞保持青春的能力。现在,研究人员利用这种能力,延长小鼠的寿命和更新它们的一些组织。虽然,这种方法尚不能应用于人类,不过,可能用这种方法使我们的身体在较老的时候精力充沛。
位于美国加州帕洛阿尔托的斯坦福大学医学院的基因组科学家霍华德·张(HowardChang),他与该研究没有关联,他说:“这是一项出色的研究。”他又说,这项研究强化了“老化不只是一个被动的过程。我们可以进行干预来改变其结果”的理念。
像我们的头发和皮肤一样,我们的染色体亦会表示我们的年龄。染色体携带称为表观遗传标记的分子附件,这些附件帮助调控DNA螺旋如何紧密地缠绕,以及如何地激活基因。随着年龄的增加,这些标记变化的阵列,可能会把保持我们细胞工作的基因活动的精确协调模式搞乱。
然而,表观遗传修饰并不是不变的。通过启动仅在胚胎期正常活动的基因,研究人员可把成年体细胞“重新编程”而变为干细胞。这个过程,把表观遗传标记恢复到它们的年青状态,好像使较老的细胞返回了童年。在2011年的一项研究中,科学家们于实验室内,给相当于101岁人那么老的小鼠的细胞,经过重新编程,再设置它们的表观遗传标记,并调优它们的代谢。而且,这种染色体的重新启动,可能在实验室培养皿以外提供类似的益处。
位于加州圣地亚哥索尔克生物研究所的发育生物学家胡安·卡洛斯·伊兹皮斯瓦·贝尔蒙特(Juan Carlos Izpisúa Belmonte)和同事们,在实验室中对经过遗传修饰的小鼠,用抗菌的多西环素处理,通过打开4个关键的基因,可把成年细胞转变成为干细胞。研究人员在患有哈金森-吉尔福德早衰综合征(HGBS)(一种类似于过早老化的罕见遗传疾病)的突变小鼠中,尝试了他们的方法。患HGPS的儿童发生了一些退休老者所通常具有的健康问题,如骨质疏松和动脉粥样硬化,而且,他们往往在十几岁就死于心脏病发作或中风。
给予多西环素剂量的小鼠,减少了它们的一些老龄迹象,包括皮肤变薄。这也延缓了小鼠的肾和脾的退化,并使它们的心脏博动强劲。此外,研究人员今天在线于《细胞》报告,干细胞基因的启动,延长了突变小鼠三分之一以上的寿命。
随着年龄的增加,我们替换死亡细胞或受损细胞的能力下降。为了确定激活干细胞基因是否可恢复这种能力,研究人员对已除去生成胰岛素的β细胞的健康中年小鼠进行了测试。干细胞基因的启动,提高了这些小鼠恢复它们所失去β细胞的能力。依兹皮斯瓦·贝尔蒙特和同事们,还测试了一组不同的中年小鼠,如何很好地修复了它们的肌肉损伤。如果,激活了干细胞基因,小鼠由注射眼睛蛇毒液而引起的肌肉损伤会更好地被修复。依兹皮斯瓦·贝尔蒙特说:“我们认为,细胞的编程具有把老化的表观遗传程序转换成年青程序的能力,减缓老化的过程。”
不过,修改表观遗传标记可能会付出代价。先前的一些研究已发现启动成年小鼠的干细胞基因,可引发癌症或畸胎瘤、有时会异常地长出牙齿或头发。然而,研究人员发现,他们通过给予小鼠较少剂量的多西环素,可防止肿瘤和畸胎瘤的发生。
位于加州洛杉矶的西奈医疗中心的再生生物学家克莱夫·斯文森(Clive Svendsen),他并未参与这项工作,他说:“我认为,这是一个关于部分基因重新编程,可使一些组织恢复青春活力的理念的证明。”但是他说,他希望看到重新设置这些表观基因标记增加了健康小鼠寿命,以及其可在一些身体部位如在细胞更换受到限制的中枢神经系统中发挥作用的证据。“谁希望有了一个年青的心脏,而大脑仍然是年老的呢?”