细胞越大,老化越快?造血干细胞体积增加导致老化加速

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随着人体老化,体内细胞大小随之增加,这是因为老化过程会累积 DNA 损伤,损伤程度增加使得细胞分裂无法顺利进行;当细胞分裂频率降低,便导致细胞大小逐渐增大。过去科学家认为细胞体积增加是因老化造成,近期研究却反转了这项因果关系:细胞体积过大将加速老化进展。

造血干细胞(hematopoietic stem cell, HSC)是人体中体积最小的细胞种类之一。麻省理工学院(MIT)发布于《Science Advances》研究指出,体积过大的造血干细胞会丧失其生成血球细胞的功能。此外,细胞体积增加也与老化密切相关。

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造血干细胞越大,老化特征越明显

为了得知细胞大小与细胞功能的关系,研究团队透过辐射线诱导造血干细胞 DNA 突变,这种突变会使细胞体积增加。结果显示小鼠模型中,体积大的造血干细胞无法生成血球细胞;不过当其再被诱导回到原本细胞大小,又能够执行正常功能。 

另一方面,研究团队也让另一组小鼠从年轻时就接受 rapamycin 药物治疗。Rapamycin 是一种抗癌药物能够抑制细胞生长,因此 rapamycin 也能避免小鼠干细胞增生。在此实验组中,小鼠即使生长到 3 岁高龄,小体积的造血干细胞仍能生成血球细胞。

影片来源:MIT

从细胞体积调控细胞功能的应用方向

此研究指出造血干细胞生成血球的功能受细胞大小影响,未来若能利用使过大细胞回复正常体积的机制研发药物,将有助改善与造血干细胞功能有关的血液性疾病,例如红血球过低的贫血、白血球异常的免疫功能低落或者白血病。

此外,研究团队也发现细胞大小和其他类型的干细胞功能有类似关系。举例而言,体积较大的肠道干细胞(intestinal stem cell)生成肠道类器官功能较差。

研究负责人 Jette Lengefeld 博士说道,这表示在干细胞的领域,细胞大小和其功能有直接相关,细胞大小可以说是干细胞功能的重要标记(marker)。

延伸阅读:溶小体大功能!关闭造血干细胞的休眠开关,闪躲化疗攻击

参考资料:
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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