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衰老的干细胞与年轻的干细胞之间的差异
发布时间:2021-12-20 文章来源:本站  浏览次数:1497

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我们对“变老”这个词很熟悉——经常以白头发、皱纹、老花镜…这些表观现象来判断衰老。尽管可以通过皱纹、体态等表面迹象来判断衰老,但从分子微观视角来说,证实了年轻细胞与衰老细胞的差异所在。

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衰老的干细胞与年轻的干细胞之间的差异

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01

衰老的干细胞发生更多“隐性转录”

202182日,美国贝勒医学院课题在《自然衰老》杂志上发表题为Altered chromatin states drive cryptic transcription in aging mammalian stem cells的报告说,哺乳动物的细胞自身存在一种神秘转录的内在机制,这种称为“隐性转录”(染色质调控)的细胞现象在老年的哺乳动物的干细胞中频繁发生。

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蛋白质生产的第一步就是基因转录,基因转录是一个程序化的细胞过程,但随着细胞老化,调控机制会逐渐失控。
该团队将哺乳动物的干细胞作为研究对象,干细胞已被证明在机体衰老的过程中发挥着重要作用。他们采用了检测“隐性转录”的方法,以确定这种转录在小鼠、人类干细胞和培养细胞中的水平。

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     研究人员在体外老化的人类间充质干细胞中量化与年龄相关的隐性转录。老年哺乳动物的干细胞(包括小鼠造血和神经干细胞以及人类间充质干细胞)中的隐性转录水平升高。与显着年龄相关隐性转录的区域具有独特的染色质特征:随着年龄的增长,H3K36me3减少,H3K4me1H3K4me3H3K27ac增加。

 来源:论文数据


与年轻的干细胞相比,年长的干细胞发生了更多的“隐性转录”。接着研究人员在其他的衰老细胞中,发现在跨越组织的大多数细胞中,这种隐性转录也随着年龄的增长而愈发频繁。而年轻细胞具有防止“隐性转录”的机制。

02

衰老的干细胞体积更大

1112日的《Science Advances》杂志上项新研究表明,细胞增大预示着干细胞的功能下降。研究人员发现,血液干细胞(HSC)是体内最小的细胞之一,随着它们变大,它们失去了执行正常功能——补充身体血细胞的能力。然而,当细胞恢复到它们通常的大小时,它们又恢复了正常的功能。

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随着年龄的增长,干细胞往往会变大,这种体积增大预示着衰老过程中干细胞功能的衰退。
研究小组在人类HSCLin-CD34+CD90+CD38-CD45RA-和 ± CD49f+)中观察到细胞大小与衰老之间的类似关系。与2125岁的年轻个体相比,5162岁的个体的HSC更大(下图,AB)。旧的大型人类HSC也表现出在体外形成集落和分化后形成多细胞谱系的能力下降(下图,CD)。最终得出结论,衰老过程中HSC的增大会导致其在小鼠和人类中的功能下降。

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老年人的HSC更大

研究人员通过将这两组干细胞注射到已经清除了自身造血干细胞的小鼠体内,来测量这两组干细胞的功能。他们发现,DNA 受损和增大的造血干细胞无法产生新的血细胞。然而,保持小的DNA损伤的干细胞仍然能够产生新的血细胞。
在另一项实验中,研究人员使用基因突变来减少他们在老年小鼠中发现的天然大干细胞的大小。结果表明,如果诱导这些大干细胞再次变小,这些细胞就会恢复其再生潜力,并表现得像年轻的干细胞那样。

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减小细胞的体积可部分恢复HSC的功能。

从细胞层面去抗衰

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细胞衰老,一般认为指的是,随着时间推移,细胞对压力和其他细胞损伤的抵抗力逐渐下降,导致细胞功能逐渐丧失、活率下降。倘若自身的干细胞自身衰老难以抗拒,加之体内干细胞数量随年龄增长而下降,无疑是雪上加霜。
有了这一层认识后,科学家们正在逐步试图从根本上解决这一问题。干细胞疗法就是其中的一个尝试方向。

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干细胞是身体的原材料--所有其他具有特殊功能的细胞都是由它产生的。在身体或实验室的适当条件下,干细胞会分裂形成更多的细胞,称为种子细胞。这些种子细胞要么成为新的干细胞(自我更新),要么成为具有更具体功能的专门细胞(分化),如血细胞、脑细胞、心肌细胞或骨细胞。
干细胞可以被诱导成为特定的细胞,可用于再生和修复人们患病或受损的组织,这就是为什么我们人体在一些受伤的情况下伤口自己会愈合。而同时,又因为干细胞具有极强的分化潜力,会对所处的环境会相应的形成不同的反应,科学家们寄希望于使用干细胞来培育新的组织进行治疗。

干细胞回输

干细胞是组织平衡的基础,干细胞老化是损害组织再生、导致与年龄相关的退行性疾病的重要原因,因而干细胞的回输具有显著的抗衰老功能,这些回输的干细胞能够抑制炎性 T 细胞的增殖和单核细胞、髓样树突细胞的成熟,减轻了由于持续炎性刺激引起的细胞衰老,甚至能够逆转多种组织的衰老表型,对糖尿病、老年性骨质疏松、帕金森病、动脉粥样硬化等退行性疾病有显著得到疗效。

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  Stamm C等通过回输干细胞的方法促进患者心肌再生,取得了一定临床效果。

黑色,无灌注;蓝色/绿色/黄色-红色,增加灌注。在两个患者之前(A、C)和CABG和AC133+干细胞注射(B、D)后进行的扫描。箭头显示细胞注射的位置。请注意,在患者 5(纵向轴)中,手术前没有灌注后的左心室壁(A):在细胞注射(B)3个月后,灌注得到恢复。患者4前心室壁(C)部分灌注过低:灌注大大改善后3周细胞注射(D)。
Stamm C , Westphal B , Kleine H D , et al. Autologous bone-marrow stem-cell transplantation for myocardial regeneration.[J]. Lancet, 2003, 361(9351):45-46.
目前,用于治疗衰老相关疾病的干细胞主要来源于脐带。这些不同组织来源的干细胞在获取途径、增殖能力或功能上有其各自的优势,如脐带来源的间充质干细胞获取相对简便,其增殖能力,可在体外无限增殖;回输后的干细胞主要通过旁分泌多种生物活性物质如细胞因子、生长因子、核酸等影响组织微环境和衰老细胞。

补充间充质干细胞或外囊泡

  • 当前用于抗衰老研究的干细胞主要是间质干细胞(MSCs),是一种具有高度分化潜能和自我更新能力的多能干细胞,因其能分化为多种间质组织而得名。

  • MSCs的主要来源包括脐带和羊膜组织,还可以有效地从外周血、脐带、胎盘、肺、肌肉和骨密质中分离出来。除了在特定器官中的正常分布外, MSCs 能够在组织损伤区域内积聚,在伤口愈合和组织再生中发挥重要作用。

经过了更为细致的研究,科学家们发现干细胞的抗衰老功能主要归因于其旁分泌的各种生长因子、细胞因子和细胞外小囊泡(smallextracellular vesicles,sEVs)等。sEVs 是由细胞主动分泌的具有膜结构的微小囊泡,直径在 30-150nm 之间,能够通过 ESCRT 依赖或非依赖途径选择性的包裹来源细胞中的多种活性物质,如蛋白质、核酸、磷脂等,起到抑制衰老的作用。sEVs由细胞分泌后通过与受体细胞膜表面的特异性受体结合或被受体细胞内吞的方式将信号或包裹的内容物传递至受体细胞,可以产生与干细胞相似的生物学功能,且几乎无成瘤和免疫排斥的风险,便于存储和运输。
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       上海本正生物工程有限公司提供的干细胞是从脐带、胎盘中提取的一种修复器官机理的未完全分化的原始细胞,具有自我更新、多项分化和高度繁殖的能力,医学上称为“万能细胞”,它是形成人体各种组织器官的起源细胞。干细胞对临床上一些疑难疾病的治疗如:脑瘫、老年痴呆、脑萎缩、帕金森病、中风、肝硬化、糖尿病、红斑狼疮、股骨头坏死、软骨和关节损伤、心脏和脊髓损伤等,取得显著效果,它拥有更加鲜活细胞能量,可以快速、有效进入体内,分泌多种有益细胞因子,调节体内微环境,激活干细胞再生能力,重启时光之门,追溯青春绽放源头,实现对人体衰老状态减缓,同时有效改善身体亚健康以及预防肿瘤发生。

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