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你的器官细胞年纪可能彼此不同

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你的器官细胞年纪可能彼此不同

  科学家过去认为神经元(或心脏细胞)可能是人体中最老的细胞。最近,索尔克研究所的科学家发现,老鼠的大脑、肝脏和胰脏中含有大量寿命极长的细胞与蛋白质,有些甚至和神经元同样老。发表在2019年6月6日《细胞代谢》(Cell Metabolism)期刊的研究结果证明了「年龄镶嵌现象」(age mosaicism),该团队的研究方法可应用于几乎任何身体组织中,提供了关于非分裂细胞终生功能的宝贵资讯,以及细胞在衰老过程中如何失去对蛋白质与重要细胞结构完整性和质量的控制。

  索尔克研究所的科学总监马丁‧赫泽(Martin Hetzer)教授说:「我们惊讶地发现,细胞结构基本上与它们所在的生物体一样老,这表明细胞比我们先前想像的还更複杂,这对我们看待大脑、心脏和胰脏等器官的衰老问题具有耐人寻味的意义。」

  大脑的大多数神经元在成年期不会分裂,因此经历较长的寿命以及与年龄相关的衰退过程。然而,由于技术限制的关係,科学家很难确定大脑外部细胞的寿命。

  该研究的第一作者拉斐尔‧德里戈(Rafael Arrojo e Drigo)说:「长久以来生物学家一直想知道——生物体中的细胞寿命究竟有多老?普遍观点认为神经元最老,而身体中的其他细胞则相对年轻,并在生物体的寿命週期中都会再生。于是我们对此进行研究,探索某些器官是否可能存在与大脑神经元同样老的细胞。」

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  大多数神经元在寿命週期中不会被替换,所以科学家把它们当作「年龄基準线」来对比其他不分裂的细胞。研究团队结合电子同位素标记与混合成像方法(MIMS-EM),对年轻和年老齧齿动物模型中的细胞与蛋白质年龄,以及大脑、胰脏和肝脏的周转率进行视觉化和量化。

  为了验证这种方法,科学家首先确定了神经元的年龄,发现它们确实跟生物体一样老。然而令他们惊讶的是,排列在血管中的内皮细胞也和神经元一样老,代表一些非神经元的细胞在整个寿命週期内并不会进行複製或替换。

  胰脏,负责维持血糖水平与分泌消化酶的器官,它也展现了不同年龄的细胞。胰脏的一部分「胰岛」被科学家视为连结年轻细胞与年老细胞的神秘地带。在这里,一些释放胰岛素的β细胞终生进行複製且相对年轻,另一些细胞不分裂且寿命较长类似于神经元,而另一种δ细胞则完全不分裂。胰脏是年龄镶嵌现象的显着例子,一群相同的细胞却有不同的寿命。

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  先前的研究表明,肝脏在成年期具有再生能力,因此研究人员选择研究这个器官以观察相对年轻的肝细胞。他们惊讶的发现,在健康成年老鼠体内发现的绝大多数肝细胞都跟生物体一样老,但排列在血管中的细胞和另一种肝细胞类型「类星状细胞」的寿命却要短得多。因此,出乎意料的是肝脏也展现了年龄镶嵌现象,为肝脏再生能力的研究指明了潜在的新方向。

  在分子层面上,科学家所观察到的长寿细胞中包含能展现年龄镶嵌现象的蛋白质複合物,例如胰脏β细胞和神经元的初级纤毛(细胞外的毛髮状附属物)含有寿命差距很大的蛋白质区域。与之形成鲜明对比的是,肝脏中的细胞根本不含有这种长寿蛋白质。

  加州大学圣地牙哥分校医学院神经科学特聘教授马克‧艾理斯曼(Mark Ellisman)表示:「多亏新的视觉化技术,我们能用比以往更精準地方式来确定细胞年龄及其超分子複合物。这为研究正常与疾病状态下的所有细胞、组织和器官打开新的一扇门。」

  赫泽补充说:「确定成年生物体中细胞与亚细胞结构的年龄,为细胞维持、修复机制以及成年期累积变化对健康和疾病发展的影响提供新的见解。最终的目标是利用这些机制来防止或延缓与年龄相关的器官衰退,例如大脑、胰脏和心脏等细胞更新有限的器官。」

参考报导:Phys.org