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Nature:人到70歲,12-18個幹細胞完成一半的造血

一種動物早晨四條腿,中午兩條腿,晚上三條腿走路;腿最多的時候,也正是速度和力量最小的時候。

—— 斯芬克斯之謎

眾所周知,「斯芬克斯之謎」的謎底是「人」,這一謎語正是描述了人類從出生走向衰老的過程。衰老,是每個人從降臨到這個世界後就要面對的事情,而「為什麼會衰老」、「如何延緩衰老的發生」等問題,可謂是科學界最為深奧、最吸引人的話題。

捫心自問一下,你是否有過那麼一瞬間感覺自己「老了」?是突然發現自己一口氣爬不上六樓了?或是在熬夜的時候感到心臟在「突突突」直跳?

雖說年齡只是個數字,但不同的生活方式以及健康狀態會使得身體呈現出不一樣的「年齡」,年近半百的劉耕宏教練曾自爆身體年齡僅有28歲,也有網友調侃自己是「28歲年齡但有著82歲的身體」。

近期,科學家們發現,70歲可能是人類身體真正「大不如前」的年紀。來自劍橋大學惠康-英國醫學研究委員會的學者們提出了一個新的衰老理論,他們發現

造血幹細胞在人的一生中不斷地、緩慢地累積基因突變,到了70歲後人體的血液成分及造血功能會急劇惡化,也就是說,70歲是一個年齡的分水嶺,古稀老人會明顯感覺到身體變得虛弱。

該研究於6月1日發表在Nature上。

Nature:人到70歲,12-18個幹細胞完成一半的造血

圖源:Nature

「體細胞突變學說」是眾多衰老學說之一,該理論認為,突變引起的細胞形態變化及功能失調或喪失是人體衰老的重要原因。那麼由體細胞突變導致的分子損傷,是如何在70歲後突然爆發的呢?

為探究這一衰老的過程,研究者分析了10名年齡分佈在0-81歲

(涵蓋新生兒到老年人)

的人類受試者個體,對他們體內的3,579個造血幹細胞進行了全基因組測序,並確定了每個細胞中包含的所有體細胞變異。在此基礎上,構建了各個個體的造血幹細胞「家譜」,首次客觀地展現了血細胞之間的關係以及這些關係在人類一生中是如何變化的。

結果顯示,出生後造血幹細胞或多能祖細胞平均每年累積17個突變,端粒長度也會隨著年齡增長而穩步下降,在成年後每年平均損耗30。8個鹼基對。以18歲成年來計算,在經歷了52年後,古稀之年的老人造血幹細胞共積累了近900個突變,端粒長度損失了1601。6個鹼基對。

Nature:人到70歲,12-18個幹細胞完成一半的造血

所謂量變引起質變,

研究者觀察到70歲以後造血幹細胞的種群結構發生顯著變化,多樣性急劇下降。

65歲以下青中年個體的造血功能有著高度的克隆多樣性和穩定性,具有20,000-200,000個造血幹細胞或多能祖細胞,分裂出各種人體所需的紅細胞和白細胞,且每個幹細胞的貢獻大致相等。

相比之下,70歲及以上人群的造血功能的克隆多樣性則顯著下降。

在所有的老年受試者中,30%-60%的造血僅由12-18個幹細胞完成,而每個幹細胞會產生1-34%的血細胞。

也就是說,年紀大了體內主要幹活的幹細胞甚至不足20個,僅憑這一組擴增的幹細胞克隆就貢獻了多達一半的血液生產,大大降低了克隆的多樣性。

這一現象的發生,是由於「驅動突變」這種罕見的體細胞突變而引起的。

事實上,幹細胞產生的大部分突變是無害的。然而,這種罕見的驅動突變使得幹細胞加速生長,正是這種「揠苗助長」導致幹細胞產生質量較差的血細胞。人在青中年時,這種驅動突變的幹細胞並沒有生長優勢,但到了70歲之後,它們便開始主導血細胞的產生。

Nature:人到70歲,12-18個幹細胞完成一半的造血

於是,研究者總結出了一個新的模型,即

體細胞突變導致年齡相關的造血結構變化,這種「大哥」級別的幹細胞在老年人的骨髓中佔據主導地位,使得血細胞群多樣性顯著減少以及血液系統不可避免的轉變。

該模型也解釋了為什麼在70歲之後,貧血、再生能力喪失、血癌

(如白血病)

等疾病的流行率顯著上升,以及為什麼古稀老人會突然感受到身體的脆弱與衰老。

本研究的通訊作者Peter Campbell博士表示,我們首次解釋了人一生中逐步積累的體細胞突變是如何導致災難性、不可避免的身體變化。「這個模型最令人興奮的地方在於,它還能應用於其他器官系統。我們在人體內許多的其他器官組織中,也觀測到這些帶有驅動突變的克隆體,它們會隨著年齡的增長而不斷擴大,最終增加罹患癌症風險以及引起其他與衰老相關的功能變化。」

在弄清衰老過程之後,研究者下一步要做的就是弄清這些突變是如何影響老年人的血液功能,來最大限度地減少疾病的發生,幫助他們健康地老去。對於「人類衰老之謎」的探究,還有很長的路要走……

參考來源:

[1]Mitchell, E。, Spencer Chapman, M。, Williams, N。 et al。 Clonal dynamics of haematopoiesis across the human lifespan。 Nature (2022)。 https://doi。org/10。1038/s41586-022-04786-y

[2]https://www。sciencedaily。com/releases/2022/06/220601111729。htm

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