Science十大科學突破之衰老細胞

日期：2011-12-26 08:47:03

每年年底，Science雜志都會按慣例評選出十大科學進展。本周Science雜志公布了該刊評選出的2011年度十大科學進展，其中名列第一位的是生物學方面的成果：HIV臨床試驗，其它生物學相關的包括：人類起源之謎，光合蛋白II，微生物組新發現，重要的瘧疾疫苗，清除衰老細胞，生物類占據了十大科學突破的六成，由此管中窺豹，可見一斑。

清除衰老細胞

今年有關衰老研究的內容不少，從最新的細胞衰老假說，到最新的細胞抗衰老發現，從衰老的根源到長壽基因的作用，衰老細胞的研究不斷更新。尤其是在今年11月，來自美國梅奧臨床醫學院等處的研究人員發表了題為“Clearance of p16-Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders”的文章，發現了老化細胞會促使整體器官衰老，如果清除了這些細胞，就能讓小鼠推遲出現衰老的癥狀。

細胞老化是指細胞的復制過程不可逆轉地停止了，這種細胞不再分裂出新細胞，在防止腫瘤生長方面起著重要作用。老化細胞由免疫系統清理，隨著時間推移，在身體積聚數量增多。研究人員估計，高齡老人全身大約10%的細胞為老化細胞。

幾年前，梅奧臨床醫學院的Jan M. van Deursen研究組發現兩種對細胞分裂和復制起關鍵作用的腫瘤抑制基因左右了小鼠的衰老過程。這首次揭示了細胞老化機制和整體器官衰老間的直接聯系。但這未能揭示衰老的分子機制。

今年這一研究組在這一基礎上，利用老化細胞生物標志：p16Ink4a，設計了一種新型的轉基因INK-ATTAC，并研發出了能能夠殺死小鼠身上所有老化細胞的藥物。

研究人員首先通過基因工程培育特殊小鼠，使它們的成熟老化速度快于正常同類，之后觀察三種老化特征：眼內白內障形成、肌肉組織萎縮和皮下脂肪堆積。結果發現，如果小鼠在老化跡象出現之前施用藥物，這三種特征就會被延緩，如果小鼠在老化跡象開始后攝取藥物，肌肉功能得到改善。

研究人員認為這項研究能用于老年人護理，提高老齡人群生活質量。

關于老化細胞與整體器官衰老之間的分子關聯，這一研究組曾研究了p16Ink4a和p19Arf這兩種基因在衰老過程中的作用。他們發現，清除p16Ink4a基因能減緩細胞的衰老過程，也能減緩機體的老化過程，反之，p19Arf的滅活會加劇這些作用。基于p16Ink4a和p19Arf基因表達水平隨衰老而增加的事實，以前的研究推測了這兩種腫瘤抑制基因在衰老過程中的作用。然而，過去的研究從未證實它們與衰老過程中的直接聯系，因為缺失這些基因的小鼠過早地死于腫瘤疾病。

p53與細胞衰老

來自麻省大學醫學院的一個研究小組發現了p53與細胞衰老相關的新作用機制，他們發現p53腫瘤抑制因子不只是簡單地被Gld2多聚腺苷酰化。而是Gld2可以將一個A添加到miR-122小RNA上，從而使其穩定。這種腺苷酰化的miR-122/RISC復合物然后通過在其3’端未翻譯區域結合目標點來抑制CPEB的表達。如果CPEB不被miR-122抑制，那么CPEB將與p53的3’端未翻譯區域結合，并結合一種不同的polyA聚合酶，即Gld4。這些數據反映了p53 mRNA的翻譯控制的一個以前人們不知道的層級關系，這一層級關系導致細胞衰老。

這種小RNA：miR-122具有許多重要的作用，之前的研究發現肝癌組織miR-122的表達與肝癌細胞周期調控密切相關，最近的研究又顯示，miR-122可以通過影響p53蛋白的穩定性和轉錄活性，調節細胞周期蛋白Cyclin G的表達，從而降低癌細胞的侵襲性。這些都說明了這種小分子與p53的關系密切。這對于深入了解p53的作用具有重要的意義。

細胞抗衰老新發現

來自斯坦福大學的研究人員發表了一篇題為“PDGF signalling controls age-dependent proliferation in pancreatic β-cells”的研究論文，揭示了一條與胰島細胞存活相關的關鍵信號傳導通路，通過激活這條通路便可促使胰島β細胞“返老還童”，重新恢復細胞分裂。

科研人員發現PDGFR(血小板衍生生長因子受體)信號通路對胰島β細胞增殖起重要的調控作用。在小鼠試驗中，他們發現隨著年齡的增高，小鼠胰島β細胞表面PDGFR水平逐漸降低并最終導致細胞喪失分裂能力。當研究人員通過人為干預的方法促使PDGFR表達水平增高時，他們發現這些胰島β細胞重新獲得了自我復制能力，并生成了新的細胞。隨后，研究人員在人類胰島β細胞中再度重復了這一實驗結果。

通過維持和修復胰島β細胞的功能來治療I型糖尿病是目前糖尿病治療研究的一個熱點，成人的胰島β細胞喪失了自我復制能力是目前開展這項研究的主要障礙之一。新研究不僅揭示了機體調控胰島β細胞生長和復制的信號機制，并為研究人員開發出安全的糖尿病治療策略指明了新的方向。