衰老的肌肉在受伤后愈合速度更慢——这是许多老年人熟悉的无奈现实。
加州大学洛杉矶分校(UCLA)在小鼠中进行的新研究揭示了一个意外原因:衰老肌肉中的干细胞积累了更高水平的某种蛋白质,这种蛋白虽会减缓细胞激活和组织修复能力,却能帮助细胞在老化组织的恶劣环境中存活更久。
研究指出,与衰老相关的某些分子变化实际上可能是保护性适应机制,而非纯粹的负面效应。"这让我们对衰老产生了全新思考角度,"新研究的高级作者、加州大学洛杉矶分校再生医学与干细胞研究中心主任托马斯·兰多表示,"这看似违反直觉:成功度过衰老过程的干细胞可能恰恰是功能最差的那些。它们存活下来并非因为工作出色,而是因为最擅长生存。这为我们理解组织为何随年龄衰退提供了全新视角。"
由博士后学者姜敏·康和丹尼尔·本杰明领导的研究团队,对比了年轻与老年小鼠分离的肌肉干细胞,发现名为NDRG1的蛋白质随年龄显著增加——老年细胞中的含量达到年轻细胞的3.5倍。NDRG1充当细胞刹车,抑制通常促进细胞激活和生长的关键信号通路mTOR。
为验证NDRG1是否导致衰老肌肉修复变慢,研究人员让小鼠自然老化至相当于人类75岁的年龄,随后阻断NDRG1活性。老年肌肉干细胞立即恢复年轻细胞的特性:快速重新激活并加速受伤后的肌肉修复。
然而这种"返老还童"伴随着代价。失去NDRG1的保护作用后,随时间推移存活的肌肉干细胞数量减少,限制了肌肉组织在反复受伤后的再生能力。
"这就像马拉松选手与短跑选手的对比,"同时担任加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院神经学教授的兰多解释道,"年轻动物的干细胞属于超功能型——极其擅长短跑式快速修复,但不适合长期作战。它们能完成百米冲刺,却连马拉松半程都难以坚持。相比之下,老年干细胞如同马拉松选手:反应较慢,但更适应持久战。而使它们擅长长距离奔跑的特性,恰恰导致其短跑能力下降。"
研究团队通过多种方法验证了发现,包括在培养皿和活体组织中研究年轻与老年小鼠的肌肉干细胞。结果始终表明:NDRG1的积累既减缓了干细胞快速激活和修复肌肉的能力,又增强了其长期存活和抗逆性。
该研究揭示,NDRG1表达增加源于科学家所称的"细胞幸存者偏差"——未能积累足够NDRG1的干细胞随时间消亡,最终留下反应较慢但更具韧性的细胞群体。
"某些看似有害的衰老变化——如组织修复变慢——实则可能是必要的权衡,用以避免更糟的结果:干细胞库的完全枯竭,"兰多强调。他将此现象类比为自然界中的进化权衡:正如动物在干旱、饥荒或严寒等恶劣条件下,会启动冬眠等抗逆程序而牺牲繁殖能力,干细胞在衰老压力下似乎也将资源从繁殖功能(产生新细胞)转向生存程序。
"物种通过繁殖得以延续,但在资源匮乏时期,动物会启动自身的抗逆程序,"兰多指出,"自然界中在压力下将资源分配给生存的例子比比皆是,这与我们在细胞层面观察到的现象完全吻合。"
该发现可能对开发平衡干细胞激活与存活的疗法具有启示意义。不过兰多谨慎表示:"天下没有免费的午餐。我们能暂时改善特定组织中老年细胞的功能,但每次这样做都可能带来潜在代价和副作用。"
研究团队将继续探索分子层面生存与功能间的平衡调控机制。
"这个基因几乎像我们打开的一扇门,让我们得以理解那些不仅关乎物种进化、更关乎个体组织衰老的关键权衡机制,"兰多总结道。
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