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科普創作

【科普創作】誰是人干細胞中的“年輕化”因子?

錄入:平頂山市科技局  www.gczxd.tw   2019-03-27 09:51:53   人氣:

來源:科學網

作者:劉如楠 李晨陽

在我們身體里,每時每刻都上演著細胞分裂、衰老和死亡的戲碼,而廣泛存在于人體脂肪、骨髓、關節等部位的間充質干細胞,在其中扮演了特殊的角色。已有研究表明,間充質干細胞的衰老和枯竭是導致骨關節炎的重要誘因之一。
為了探究使間充質干細胞“年輕化”的因子,中科院生物物理所劉光慧團隊進行了長達4年的探索,他們的研究成果于3月26日發表在《細胞報道》雜志。
歲月催人腿腳老
為什么很多老人腿腳不靈便呢?隨著年齡的增長,關節中的軟骨細胞會慢慢衰老,起潤滑作用的軟骨粘液也不斷減少,造成關節疼痛、僵硬,甚至導致骨關節炎。
目前的骨關節炎治療手段主要有非藥物、藥物、手術等方法。非藥物手段包括積極鍛煉、針灸、推拿、電療等,副作用小,但效果有限;藥物治療即注射鎮痛劑、軟骨保護劑、玻璃酸鈉等,可以快速消除炎癥刺激,促進軟骨的愈合和再生,但注射本身會損傷軟骨,不宜反復使用;必要時會采取手術治療,但手術有一定安全風險,效果也難以保證。
有研究表明,骨關節炎的一個重要誘因是關節內的間充質干(前體)細胞、軟骨細胞、滑膜細胞的衰老和功能退化。其中關節間充質干細胞可以在關節老化或損傷時分化成軟骨細胞、滑膜細胞、韌帶細胞等。
如果能發現導致間充質干細胞衰老的關鍵靶標并加以抑制,恢復“年輕態”的干細胞可以更有效地分化成軟骨細胞和滑膜細胞,從而實現對衰老關節細胞的及時“補充和替代”,這或許是比現有治療手段更安全有效的方法。
基于這樣的猜想,劉光慧研究組一直在努力探索能夠使得人間充質干細胞恢復“年輕態”的因子。
年輕因子大顯其能
要想找到使間充質干細胞年輕化的奧秘,首先需要探究年輕的和年老的間充質干細胞有什么不同。研究人員分別對年輕和年老間充質干細胞中的基因表達水平進行檢測和對比,很快發現,在年老的細胞系中,PRC1蛋白復合物的組分之一CBX4蛋白表達量較低,明顯低于年輕的細胞系。后來他們又檢測了老年人組織分離出的原代間充質干細胞,也發現了同樣的現象。
“CBX4蛋白在生理性衰老、遺傳性加速衰老以及復制性衰老的間充質干細胞中都表現出表達量的降低。考慮到它作為表觀遺傳調節因子的特性,我們猜測,這可能是間充質干細胞衰老的一個驅動力。”論文的第一作者、中科院生物物理所的博士后任曉慶說。
研究人員利用CRISPR/Cas9技術對CBX4進行靶向敲除后發現,缺失CBX4的間充質干細胞確實會加速衰老。那CBX4在細胞中的過量表達是否可以使老化的細胞變年輕呢?
為了檢驗這一點,研究人員將CBX4的基因編碼序列克隆到慢病毒的表達載體中。這種慢病毒載體經過基因工程改造已經不再具有病毒的“毒力”,但可以作為基因導入工具將目標蛋白導入哺乳動物細胞中,是人類疾病基因治療實踐中的常用手段。
當裝載著CBX4基因編碼序列的慢病毒載體導入衰老的人類間充質干細胞中后,這些干細胞變得更加“年輕”,重新恢復了快速生長的特性。研究人員指出,這可能是因為CBX4阻止了細胞內蛋白的過度合成,從而減緩細胞衰老的速度。
助力解決衰老相關疾病
除了細胞水平的實驗之外,研究人員還進行了動物實驗。他們將小鼠的前交叉韌帶切斷,模擬骨關節炎的發生。隨后將過表達CBX4的慢病毒載體注入小鼠關節腔中。發現關節內衰老細胞的比例降低,軟骨再生作用明顯,炎癥反應也得到了抑制,骨關節炎的癥狀得到有效緩解。
“這項研究首次從概念上證明了通過基因導入干細胞“年輕化”因子治療骨關節炎的可行性,為衰老相關疾病的干預提供了全新的解決方案,在老年醫學和再生醫學中具有廣闊的應用前景。”該論文的通訊作者劉光慧說。
 

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