nature

当前位置: Nature » 生理学 » 正文

Nature:年轻血液让衰老组织重生

摘要 : 异种共生是一种有着150年历史的将两只活体动物脉管系统连接起来的外科技术。它模仿了共享血液供应的自然实例,比如连体双胞胎或共享子宫中同一胎盘的动物。

 血袋

即使人们了解了如何让细胞变得年轻,一些事情还是要慎之又慎。

异种共生是一种有着150年历史的将两只活体动物脉管系统连接起来的外科技术。它模仿了共享血液供应的自然实例,比如连体双胞胎或共享子宫中同一胎盘的动物。

在实验室里,异种共生为测试某种动物血液中的循环因子在进入其他动物体内时做了什么提供了一个难得的机会。针对异种共生的噬齿类动物开展的试验带来了内分泌学、肿瘤生物学和免疫学领域的众多突破,但大多数发现都发生在35年前。由于一些尚不清楚的原因,该项技术在上世纪70年代之后逐渐被埋没。

不过,在过去的若干年里,少数实验室开始恢复异种共生研究,尤其是在衰老研究领域。通过将一只年迈小鼠和年轻小鼠的循环系统连接在一起,科学家已经获得了一些引人注目的成果。在心脏、大脑、肌肉和几乎每一个被研究的组织中,年轻小鼠的血液似乎为日渐衰老的器官带来了新生,使年迈小鼠变得更加强壮、聪明和健康,甚至让它们的毛发变得更加光泽。目前,这些实验室已开始辨别年轻血液中为上述变化负责的成分。去年9月,在美国加利福尼亚州开展的一项临床试验首次开始测试年轻血液为患有阿尔茨海默氏症的年迈患者带来的益处。

共生的力量

1864年,生理学家Paul Bert开展了最早有记载的异种共生试验。当时,他去掉了两只白鼠肋腹部的皮,然后将两只动物缝合在一起,以期创造一个共享循环系统。生物学完成了剩下的工作:随着缝合的交叉部位重新生长出毛细血管,自然伤口愈合将两只动物的循环系统连接在一起。Bert发现,向一只老鼠血管中注入的液体很容易流入另一只老鼠体内。这项工作使其在1866年获得法国科学院奖励。

从Bert最初开展的实验起,上述过程并未发生太多改变。该技术曾用于水螅、青蛙和昆虫实验,但在啮齿类动物实验中表现最好。到了20世纪中叶,科学家利用异种共生的小鼠或大鼠研究了一系列现象。例如,有团队通过利用一对异种共生的大鼠,否决了龋齿是血液中糖分造成的观点。两只大鼠中,仅有一只每天被喂食葡萄糖。但由于共享循环系统,它们的血糖水平相似。不过,只有真正食用了葡萄糖的大鼠患上了龋齿。

康奈尔大学生物化学家和老年病专家Clive McCay最先将异种共生应用于衰老研究。1956年,他的团队将69对年龄几乎全部不同的共生大鼠两两接合在一起。这些被接合起来的大鼠包括一只一个半月大和一只16个月大的配对,分别相当于人类的5岁和47岁。研究人员在对其工作的描述中写道:“如果两只大鼠不能彼此适应,其中一方会不停啃食另一只的头直到后者死掉。”在69对共生大鼠中,有11对死于一种神秘的、可能是组织排斥反应的共生疾病。

在McCay的首例异种共生衰老试验中,在年轻和年迈大鼠被接合在一起9~18个月后,年迈大鼠的骨骼在重量和密度上和年轻同伴接近。1972年,来自加州大学的两位科学家研究了年迈和年轻共生大鼠的寿命。年迈大鼠比对照组多生存了4~5个月,这首次表明年轻血液的循环可能影响寿命。

尽管这些发现引人注目,但异种共生研究还是逐渐被抛弃。据研究该项技术历史的专家推测,或是研究人员认为他们已从中学到了全部东西,或是向相关机构申请异种共生研究的门槛过高。不论原因是什么,试验中断了。直到一位叫做Irving Weissman的干细胞生物学家使异种共生研究重生。

追根溯源

1955年,在蒙大拿州大瀑布城一个小镇医院病理学家的指导下,16岁的Weissman学会了将小鼠接合在一起。他记得当时把一种荧光示踪剂加到一只共生小鼠的血液中,然后观察它在两只动物体内来回流动。“这实在是太神奇了。”Weissman说。

接下来的30年里,他继续利用自然共生动物史氏菊海鞘研究干细胞和再生。1999年,当Wagers还是Weissman在斯坦福大学实验室新招的博士后时,她提出研究造血干细胞的运动和命运。Weissman建议她利用共生小鼠,并使用荧光标记追踪其中一只小鼠体内的细胞。Wagers的实验很快产生了两项关于造血干细胞特质和迁移的发现。同时,还激发了她在斯坦福大学的朋友。

2002年,Rando实验室的博士后Irina Conboy在一次期刊俱乐部的会议上展示了Wagers的一篇论文。当时,Irina的丈夫、来自同一实验室的博士后Michael Conboy正在会议室后面昏昏欲睡。说到将小鼠缝合在一起时,他被惊醒了。“多年来我们一直在讨论的是:衰老似乎关乎体内所有细胞,全部组织好像一起迅速衰退。”Michael介绍说。然而,他们无法想出一个现实的实验来研究到底是什么调节了身体衰老。

“我当时想,‘嘿,等等,这些组织在共享血液。’”Michael说,这能回答他们多年来一直存有疑问的问题。在演讲结束时,他冲到Irina和Rando面前。不过,在Michael还未阐述完自己的想法时,Rando便说道:“我们一起做吧。”

他们和Wagers展开合作,后者负责试验中年迈—年轻共生小鼠的缝合手术,并教会Michael该项技术。5周后,年轻血液修复了年迈小鼠的肌肉和肝细胞,主要通过引发衰老干细胞重新开始分裂。

该团队还发现年轻血液让年迈小鼠脑细胞的生长加速,尽管该项工作并未在2005年一篇描述他们相关成果的论文中被提及。总之,研究结果表明,血液中含有一些调节不同组织衰老节奏但又难以捉摸的因子。

2008年,已在加州大学伯克利分校工作的Irina和Michael将肌肉再生与促使细胞分裂的Notch信号通路的激活作用或阻止细胞分裂的转化生长因子-β的灭活作用联系起来。2014年,他们辨别出一个在血液中循环的抗衰老因子:催产素。这是一种以参与分娩和用作黏合剂而著称的激素,而且是被美国食品和药品监督管理局批准、可用于催产的药物。无论是男人还是女人,催产素水平都会随着年龄而下降。当被注入年迈小鼠的体内时,该激素很快通过激活肌肉干细胞恢复肌肉活力。

Wagers则一直在哈佛大学开展抗衰老研究,并在2004年成立了自己的实验室。她招募了研究不同器官系统的专家,帮助其研究年轻血液对各种器官的抗衰老效应。在同事的帮助下,Wagers开始筛选年轻血液中富含而年迈血液中没有的蛋白质。其中一种跳入了他们的眼帘:生长分化因子-11(GDF11)。Wagers等人发现,直接单独输入GDF11足以增加肌肉的力量和活力,并能逆转肌肉干细胞中的DNA损伤。

人体试验须慎之又慎

当然,关于在很长一段时间内激活干细胞(通常是年轻血液所干的事)是否会导致过多的细胞分裂,也存在一些挥之不去的疑虑。“我的怀疑是使年迈动物细胞重生的长期治疗,不论是血浆还是药物,会导致癌症的增加。”Rando说,即使人们了解了如何让细胞变得年轻,一些事情还是要慎之又慎。

Michael Conboy则担心另一件事情:他见过很多共生小鼠死于共生疾病,因此在人体上试验异种共生技术必须非常谨慎。“对于大量血液或血浆被定期输入年迈者体内的任何试验,我都会非常小心。”

对此,位于加利福尼亚州的初创公司Alkahest首席执行官Karoly Nikolich表示,他很理解这些安全上的考量,但同时强调迄今已在人体上安全开展了数百万例血液和血浆输入。Alkahest开展的初步研究有望在今年年末结束。公司计划启动更加深入的研究,测试年轻血浆在治疗不同类型的痴呆和与年龄相关的疾病中所发挥的作用。

考虑到抗衰老领域的希望曾不断遭遇破灭,关于年轻血液的所有警告都是合理的。过去20年里,研究人员确认了众多治疗方法的抗衰老本质,包括限制饮食的热量、在葡萄皮中发现的化学物质——白藜芦醇、保护染色体完整性的端粒酶、可延长小鼠寿命的免疫抑制药物——雷帕霉素以及随着人类年龄增长其功能和数量会下降的干细胞。

然而,只有两种方式即热量限制和雷帕霉素被证明确实能延缓或逆转很多哺乳动物不同组织因衰老而产生的影响,但两者均未能转化成抗衰老疗法。前者在灵长类动物身上产生了相互矛盾的结果,而后者有毒副作用。

相比之下,年轻血液似乎能逆转衰老带来的影响,而对人体产生的已知安全考量可能很少。同时,迄今在多个实验室开展的异种共生衰老研究中,相关结果获得了证实。不过,科学家和伦理学家仍旧担心针对该疗法的安全性和有效性证据出现之前,会在获批准的临床试验之外开展人体试验。专家警告说,未经许可的干细胞移植已经成为一个新兴产业,而无限制的年轻血液输入会变得更加容易。 

原文链接:Ageing research: Blood to blood

来源: Nature 浏览次数:122

热门文章TOP

RSS订阅 - 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容: - 网站地图
网站联系电话:020-87540820 备案号:粤ICP备11050685号-8 增值电信业务经营许可证:粤B2-20120479
©2011-2015 生物帮 All rights reserved.