細胞越大,老化越快?造血幹細胞體積增加導致老化加速

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隨著人體老化,體內細胞大小隨之增加,這是因為老化過程會累積 DNA 損傷,損傷程度增加使得細胞分裂無法順利進行;當細胞分裂頻率降低,便導致細胞大小逐漸增大。過去科學家認為細胞體積增加是因老化造成,近期研究卻反轉了這項因果關係:細胞體積過大將加速老化進展。

造血幹細胞(hematopoietic stem cell, HSC)是人體中體積最小的細胞種類之一。麻省理工學院(MIT)發佈於《Science Advances》研究指出,體積過大的造血幹細胞會喪失其生成血球細胞的功能。此外,細胞體積增加也與老化密切相關。

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造血幹細胞越大,老化特徵越明顯

為了得知細胞大小與細胞功能的關係,研究團隊透過輻射線誘導造血幹細胞 DNA 突變,這種突變會使細胞體積增加。結果顯示小鼠模型中,體積大的造血幹細胞無法生成血球細胞;不過當其再被誘導回到原本細胞大小,又能夠執行正常功能。 

另一方面,研究團隊也讓另一組小鼠從年輕時就接受 rapamycin 藥物治療。Rapamycin 是一種抗癌藥物能夠抑制細胞生長,因此 rapamycin 也能避免小鼠幹細胞增生。在此實驗組中,小鼠即使生長到 3 歲高齡,小體積的造血幹細胞仍能生成血球細胞。

影片來源:MIT

從細胞體積調控細胞功能的應用方向

此研究指出造血幹細胞生成血球的功能受細胞大小影響,未來若能利用使過大細胞回復正常體積的機制研發藥物,將有助改善與造血幹細胞功能有關的血液性疾病,例如紅血球過低的貧血、白血球異常的免疫功能低落或者白血病。

此外,研究團隊也發現細胞大小和其他類型的幹細胞功能有類似關係。舉例而言,體積較大的腸道幹細胞(intestinal stem cell)生成腸道類器官功能較差。

研究負責人 Jette Lengefeld 博士說道,這表示在幹細胞的領域,細胞大小和其功能有直接相關,細胞大小可以說是幹細胞功能的重要標記(marker)。

延伸閱讀:溶小體大功能!關閉造血幹細胞的休眠開關,閃躲化療攻擊

參考資料:
1. https://news.mit.edu/2021/stem-cells-bigger-doesnt-mean-better-1112
2. Science Advances, 2021; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0271

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