从生物学角度,我们有可能实现“返老还童”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。

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。

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)。

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。

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)。

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。(任天)
世界地球日,是几千只鸟和一百多只海豹用生命换来的
来源:物种日历今年的4月22日,是第53个“世界地球日”,今年的主题是“携手为保护地球投资”。从1970年开始至今,地球日逐渐成为了世界性的环保活动,呼吁人类关注环境、爱护地球。不过,这样一个环保节日的背后,是一场堪称灾难的漏油事件。对于海上石油开采,没有人会比加利福尼亚萨默兰镇的居民更熟悉。从1896的第一口海滩钻井开始,当地人见证了原油开采从陆地向深海的演进。诺哈网2023-05-25 18:25:330000地球孕育复杂生命的新配方:26亿年前海底“微生物肥料工厂”
新浪科技讯北京时间3月15日消息,据国外媒体报道,目前,科学家揭示了地球上孕育复杂生命的新配方,它涉及到大约26亿年前海底“微生物肥料工厂”的出现。诺哈网2023-05-25 22:22:310000科学好故事|地球的臭氧层空洞现在怎么样了?
来源:BBC撰文:KiraWalker翻译:任天回顾20世纪90年代,地球的臭氧层空洞已经成为紧迫的全球危机。如果当时我们选择忽视它的话,今天我们见到的可能就不止一个空洞了。1970年代末,在剑桥大学的一间办公室里,英国南极调查局的气象学家乔纳森·尚克林花费了大量时间,研究来自地球最南端大陆的积压数据。诺哈网2023-05-25 20:29:010000四川再发地震,预警来临的几秒钟内,我们可以做什么?
6月1日17时,四川雅安市芦山县(北纬30.37度,东经102.94度)发生6.1级地震,震源深度17千米。网友们表示,眉山、成都、重庆、绵阳均有强烈震感。本次地震,被成都高新减灾研究所与中国地震局联合建设的大陆地震预警网成功预警。据相关工作人员称,地震预警系统在芦山地震发生时第4秒发出预警,给雅安市提前9秒预警,给成都市提前29秒预警。如何利用好时间窗口诺哈网2023-05-26 12:25:010000世界最长闪电纪录刷新:跨越美国三州、水平距离长768公里
世界气象组织2月1日报告,一道跨越美国三个州、水平距离长768公里的闪电是迄今探测到的单次最长闪电,比先前纪录长近60公里。据世界气象组织的声明,创下新纪录的闪电2020年4月29日发生,跨越美国密西西比州、路易斯安那州和得克萨斯州。之前探测到的单次最长闪电2018年10月31日发生在巴西南部。0000