科学探索|从生物学角度,我们有可能实现“返老还童”吗?( 二 )



科学探索|从生物学角度,我们有可能实现“返老还童”吗?
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诱导性多能干细胞(iPSC)分化为多种细胞类型 , 包括神经细胞、肌肉细胞、脂肪细胞
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 。