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1997年離世的法國老太太珍妮·卡爾門特(Jeanne Calment)享年122歲。她的健康長壽令很多研究者困惑,因為她經常抽煙喝酒,這樣的生活方式往往與不健康、壽命短產生關聯。
40歲(1915年)的卡爾門特和122歲(1997年)的卡爾門特
要解析影響人類壽命的復雜因素絕非易事。飲食、運動以及其他各種習慣都可以改變一個人的健康軌跡;遺傳因素也發揮一定作用——尤其在暮年階段。但怎樣通過實驗測試這些因素的作用呢?
要知道人類壽命動輒七八十年,追蹤大量人群的衰老過程會耗費高昂成本,實驗結果也可能要等幾十年才出來……因此,大多數研究都關注壽命短很多的動物衰老模型,包括果蠅、嚙齒動物以及狗。
但如果我們能利用來自長壽人士的細胞模擬人類“衰老”過程,是不是有搞頭?
近期,一項發表于《老化細胞》(Aging Cell)雜志的研究搞出了很多新東西。
作者團隊利用“新英格蘭百歲老人研究”(New England Centenarian Study,最大規模、最全面的百歲老人數據庫)的血液樣本,將長壽者的血細胞轉化為誘導多能干細胞(iPSC)。
這些細胞含捐獻者的基因藍圖。團隊創建了一個細胞生物庫,用以尋找長壽相關基因,并已與長壽研究社區的其他學者分享這些來自“超級老者”(super-ager)的“超級老齡化”(super-aging)干細胞,希望推動學界從遺傳等層面更深刻地理解健康與長壽。
根據作者說法,目前幾乎沒有關于人類衰老、長壽以及針對疾病的抵抗和恢復能力的模型可用于對潛在干預措施作功能測試。
上文提到 “超級老者”和“超級老齡化”的概念。根據定義,超級老者的年齡在八十歲以上,但其認知能力不遜于比自己小二三十歲甚至更年輕的一般人。科學家渴望破解超級老者身上的超級老齡化之謎,打開抗衰老研究的更多可能。
超老人士攜家帶口參與實驗
百歲老人很稀有。以美國人口普查局的數據為例,其百歲老人僅占該國人口的0.03%。從全球范圍看,80多億人口中約有72.2萬人過了一百歲生日。
百歲老人不僅壽命更長,而且往往更健康,即使年紀非常大了,也不太可能患上年齡相關疾病,如癡呆癥、2型糖尿病、癌癥或中風,有些人直到生命最后一刻都完全避開疾病侵襲。
過去十年間,一些科學家深入研究超級老者的基因,以求了解哪些基因活躍和哪些不活躍,以及這與所謂健康老齡化的關系。另一些人則開發出衰老時鐘,利用多種多樣的生物標記來確定個體生物年齡——比時序年齡更準確地反映人體健康狀態和衰老程度。
百歲老人總能在科學對比中脫穎而出,他們的基因景觀和身體機能比其時序年齡年輕很多。
新英格蘭百歲老人研究項目于1995年啟動,由湯姆·珀爾斯(Tom Perls)和斯泰西·安德森(Stacy Andersen)領導。這兩位也是上述新研究的作者。他們通過各種方法招募百歲老人參與項目,包括選民登記、新聞文章以及聯系養老服務機構。雖然年事已高,但這些超級老者大多腦子足夠清楚,生活可以自理。
鑒于長壽可能與遺傳密切相關,老人的孩子也受邀加入,老人配偶則作為對照。全部參與者都要報告其社會經濟狀況和病史。
研究人員通過視頻通話評估他們的認知能力,并篩查潛在的心理健康問題。最后,部分參與者被抽取血樣。
Y染色體有點缺失的超老干細胞
DNA的甲基化會在不改變基因序列的情況下關閉基因。
珀爾斯等人先用各種衰老時鐘對參與者進行測試,測得其甲基化水平;結果與此前的研究經驗相符,顯示百歲老人的平均年齡比實際年齡年輕6歲半。
不過抵抗衰老的特長并未于后代身上普遍顯現。作者認為,可能不同個體繼承長壽相關的基因的情況有差異,所以有的后代生物年齡更年輕,有的反而更老。
之后,珀爾斯等人將45名百歲老人的血細胞轉化為iPSC。團隊表示,他們選擇的這些人“處于健康和功能的極端”;鑒于其高齡,最初預計衰老的血細胞難以被逆轉。
幸運的是,他們預估錯了。根據幾種蛋白質反映的情況判斷,源于血細胞的iPSC是健康的,能夠分化產生其他類型細胞,而且它們大多保持了基因組完整性,不過令人驚訝的是,來自3名百歲老大爺的細胞顯示輕微的Y染色體缺失。
過往研究發現,70歲以上男性的血細胞存在類似缺失模式。這或許是衰老標志,也是癌癥和心臟病等年齡相關疾病的潛在風險因素。(男性平均壽命短于女性。)此類發現讓科學家更有機會探究Y染色體缺失的原因。
揭開衰老之謎
將老者的血細胞轉化為干細胞可以消除衰老跡象——尤其是與細胞表觀遺傳狀態相關的跡象。表觀遺傳狀態控制著基因的開或關,并會隨年齡增長而改變;當然,底層遺傳密碼,也就是DNA序列是不變的。
如果長壽的秘密(即便只是部分地)隱藏于基因內,我們談論的這些“超級衰老”干細胞將幫助學界找到發揮保護或破壞作用的因素,打開抗衰老的新思路。
舉個例子,有研究者嘗試把干細胞轉化為皮質神經元。此類神經元構成大腦最外層,負責感知和推理,也是癡呆和阿爾茨海默病中首先衰變的細胞。百歲老人的干細胞能更好抵御損害,比如快速限制隨年齡增長而積累有毒蛋白質的擴散。
科學家還使用這些細胞測試其針對阿爾茨海默病的恢復能力。一項實驗觀察了由健康神經元、免疫細胞和星形膠質細胞組成的細胞培養物,其中星形膠質細胞由百歲老人的干細胞創建得到。
作為一種負責幫助大腦維持健康的支持細胞,星形膠質細胞正越發顯現與阿爾茨海默病之間的密切關聯,但圍繞它們在人類身上的作用的研究一直難以開展。
打通堵點的關鍵或許就在百歲老人的干細胞里,在從干細胞轉變而來的星形膠質細胞里。
每一種百歲老人干細胞都與其捐贈者情況有關——他們的身體狀況、認知能力以及人口統計學數據。這些附加信息可指導科學家選擇最佳的百歲老人細胞系來研究衰老的不同方面。而且由于細胞能轉化為多種隨年齡增長而衰退的組織,包括肌肉、心臟和免疫細胞,它們提供了新方法用以探索衰老如何影響、以何種速度影響不同器官。
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