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三种新技术,或可逆转人类衰老

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三种新技术,或可逆转人类衰老

衰老不再是我们想象中那不可避免的灰暗未来。

文|创瞰巴黎 Andrew Steele

编辑|Caroline Liang

一览:

  • 科学家对衰老的生物学原理的理解已经达到了空前的高度。更振奋人心的是,他们还提出了种种关于延缓衰老,甚至逆转衰老的潜在方案。
  • 端粒酶研究曾是衰老研究中最主要的领域之一,其基本理念是延长染色体端粒,让细胞“重返青春”。
  • 另一个抗衰老的理念是清除人体内的衰老细胞,以延长人类的寿命和健康年限。
  • 第三个理念是细胞重新编程,既提取任意人体细胞转化为多能干细胞,以代替受损的细胞。

大部分人认为,衰老是人生不可避免的一部分。伴随着时间的流逝,是衰老这一生理过程永不停歇的步伐,一个人年龄每增长一岁,死亡率便上升10%。人到老年,容易患上癌症、老年痴呆等各种疾病,体力大不如前,听力、视力、记忆力都会下降,还会有许多其他的表现。

但是,衰老不再是我们想象中那不可避免的灰暗未来。科学家对衰老的生物学原理的理解已经达到了空前的高度1。更振奋人心的是,他们还提出了种种关于延缓衰老,甚至逆转衰老的潜在方案。

以下是最值得我们关注的三种方案,也许有一天,其中一个就能让你“返老还童”。

01 端粒酶:重振DNA生机

端粒研究是衰老研究中最广为人知的领域。端粒是位于细胞染色体末端的保护性结构。人体中的细胞总是在不断地分裂。皮肤组织细胞、血液细胞、消化道上皮细胞等都会因频繁的使用而老化,需要被新的细胞替代。而细胞分裂的代价就是端粒缩短。每分裂一次,端粒都会缩短一些。

一个人存活的时间越长,细胞分裂的代数则越多,细胞内端粒的平均长度也就越短。端粒的长短不仅能间接反映一个人的年龄,与身体的衰老似乎也存在着某种因果关系。端粒越短,就越有可能患上老年疾病。针对同卵双胞胎的研究发现,一对双胞胎中端粒较短者的寿命往往更短。

因此,上世纪90年代发现的端粒酶让科学家们兴奋了一阵子。端粒酶能延长端粒,有人认为它也许能让细胞恢复青春。遗憾的是,端粒酶作为“长生不老酶”的名声没维持多久。在小鼠体内的实验发现,端粒酶的确能让细胞分裂的代数大大增加,但代价是极大地提升了一种致命疾病的发病率。这种疾病以细胞失控分裂为主要特征,它,就是癌症。

幸运的是,端粒酶作为抗衰老疗法的研究并未被彻底抛弃。在过去的10-15年间,研究发现端粒酶若与抗癌疗法并用,或者间歇性使用(而非像早期实验那样连续使用),可以延长小鼠的寿命。

未来,这些理念的进一步验证需要人体实验。

02 清除人体衰老细胞

当我们的外表随着年龄变得沧桑,体内的细胞也在不断老化,其中有部分会变成“衰老细胞”,而它们的这一转变会加速整个身体的衰老。人们发现,衰老细胞不是人体衰老的无辜旁观者,并不像生日蛋糕上的蜡烛一样仅反映你的年龄。它们会释放多种有害分子,增加心脏病、癌症、认知能力衰退等一系列疾病和症状的概率。

好消息是,我们并非束手无策。对于衰老细胞,科学家已研究出了多种清除的方式,且不伤害到身体其他部位的细胞。现在开发得最成熟的是衰老细胞清除药物,于2015年问世5,有几种已进入人体临床试验阶段。

2018年的一项研究6探索了老年小鼠服用此类药物的多重效果。实验中的小鼠不仅寿命延长了,身体也变得更年轻了——它们得病的概率降低、体力不再虚弱(研究者把小鼠放进专门定制的小型健身房里,让它们上跑步机、走钢丝、爬铁丝,以测量它们的体力)、认知力得到提升,甚至皮毛也更有光泽!这说明身体衰老的许多(甚至全部)表现,都是由衰老细胞造成的,也意味着清除衰老细胞可以预防多种疾病。

当前有二十多家药企正在开发面向公众出售的衰老细胞清除产品7,有药物、有肽、还有刺激免疫系统进行自主清除的物质。产品的多样性意味着即使某项开发失败,仍然有许多其他的可能性可供探索。这同时也意味着衰老细胞清除药很有可能成为史上首例有效的抗衰老药物。

03 细胞重新编程:让生物钟倒流

细胞重新编程听起来像科幻小说里的名词,而它的具体内涵比名称听起来更玄幻。它是衰老生物学当下最受瞩目的理念,对提升人类健康有巨大潜力。现在的关键在于,能否将实验室的研究成果转化为具有实用价值的医疗技术呢?

细胞重新编程技术诞生于00年代中叶8。当时,日本科学家山中伸弥在研究胚胎细胞分化的机理:是什么促使它们分化成各种各样的细胞,构成心脏、皮肤、大脑等器官?他发现只要引入四个转录因子(“山中转录因子”),就能诱导人体内的任何细胞变回多功能干细胞,再次具备分化为各类体细胞的潜力。也就是说,利用这一技术,从你的手臂上随意提取一个上皮细胞,就能将它“重新编程”为多功能干细胞,分化为任何你想要的细胞类型。

2012年,山中伸弥因对细胞重编程技术的研究,获得了诺贝尔生理或医学奖。也正是在那时,人们发现诱导生成多功能干细胞的过程可以显著地逆转细胞的衰老。诱导的过程不仅让细胞返回未分化的状态,还能降低细胞的生理年龄,在多项指标上变得更健康、更年轻。

把人体所有的细胞都变成干细胞显然是不行的(要我把脑细胞变成干细胞,我可不干!),但如果间歇性地给细胞引入山中转录因子,就能做到既不让它分化,又降低它的生理年龄9。研究者对患有会导致早衰的疾病的小鼠进行实验,发现这一做法的确能改善小鼠的健康,并促使成年小鼠体内部分组织的重生。而正常情况下,此类组织重生只可能在小鼠胚胎中发生,不可能出现在成年小鼠身上。

细胞重新编程技术潜力巨大,以至于吸引了亚马逊创始人杰夫·贝佐斯联手多名亿万富翁,斥资30亿美元投资创办了阿尔托司实验室(AltosLabs)10专攻该技术,让细胞重新编程一跃登上新闻头条。阿尔托司实验室汇聚了全球细胞重新编程领域的顶尖学者,包括山中伸弥,力图将小鼠实验的积极成果转化为人类健康的福音。在实验室里转基因小鼠身上得到证实的手段,能否顺利变成造福普通人的技术?30亿美元的成果,我们拭目以待。

参考资料:

C. López-Otín, M. A. Blasco, L. Partridge, M. Serrano, G. Kroemer,The hallmarks of aging. Cell. 153, 1194–1217 (2013)

M. Kimura et al., Telomere length and mortality: a study ofleukocytes in elderly Danish twins. Am. J. Epidemiol. 167, 799–806(2008)

S. E. Artandi et al., Constitutive telomerase expression promotesmammary carcinomas in aging mice. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99,8191–8196 (2002)

Researchers cure lung fibrosis in mice with a single gene therapy –Lifespan.io

Y. Zhu, et al., The Achilles’ heel of senescent cells: fromtranscriptome to senolytic drugs. Aging Cell 14, 644–658 (2015)

M. Xu, et al., Senolytics improve physical function and increaselifespan in old age. Nat. Med. (2018) DOI:10.1038/s41591-018 0092 9.

E. Dolgin, Send in the senolytics. Nat. Biotechnol. (2020)DOI:10.1038/s41587-020–00750 1

K. Takahashi, S. Yamanaka, Induction of pluripotent stem cells frommouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.Cell. 126, 663–676 (2006).

A. Ocampo et al., In Vivo Amelioration of Age-Associated Hallmarks byPartial Reprogramming, Cell 167, 1719–1733.e12 (2016)

Meet Altos Labs, Silicon Valley’s latest wild bet on living forever– Technology review

本文为转载内容,授权事宜请联系原著作权人。

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衰老不再是我们想象中那不可避免的灰暗未来。

文|创瞰巴黎 Andrew Steele

编辑|Caroline Liang

一览:

  • 科学家对衰老的生物学原理的理解已经达到了空前的高度。更振奋人心的是,他们还提出了种种关于延缓衰老,甚至逆转衰老的潜在方案。
  • 端粒酶研究曾是衰老研究中最主要的领域之一,其基本理念是延长染色体端粒,让细胞“重返青春”。
  • 另一个抗衰老的理念是清除人体内的衰老细胞,以延长人类的寿命和健康年限。
  • 第三个理念是细胞重新编程,既提取任意人体细胞转化为多能干细胞,以代替受损的细胞。

大部分人认为,衰老是人生不可避免的一部分。伴随着时间的流逝,是衰老这一生理过程永不停歇的步伐,一个人年龄每增长一岁,死亡率便上升10%。人到老年,容易患上癌症、老年痴呆等各种疾病,体力大不如前,听力、视力、记忆力都会下降,还会有许多其他的表现。

但是,衰老不再是我们想象中那不可避免的灰暗未来。科学家对衰老的生物学原理的理解已经达到了空前的高度1。更振奋人心的是,他们还提出了种种关于延缓衰老,甚至逆转衰老的潜在方案。

以下是最值得我们关注的三种方案,也许有一天,其中一个就能让你“返老还童”。

01 端粒酶:重振DNA生机

端粒研究是衰老研究中最广为人知的领域。端粒是位于细胞染色体末端的保护性结构。人体中的细胞总是在不断地分裂。皮肤组织细胞、血液细胞、消化道上皮细胞等都会因频繁的使用而老化,需要被新的细胞替代。而细胞分裂的代价就是端粒缩短。每分裂一次,端粒都会缩短一些。

一个人存活的时间越长,细胞分裂的代数则越多,细胞内端粒的平均长度也就越短。端粒的长短不仅能间接反映一个人的年龄,与身体的衰老似乎也存在着某种因果关系。端粒越短,就越有可能患上老年疾病。针对同卵双胞胎的研究发现,一对双胞胎中端粒较短者的寿命往往更短。

因此,上世纪90年代发现的端粒酶让科学家们兴奋了一阵子。端粒酶能延长端粒,有人认为它也许能让细胞恢复青春。遗憾的是,端粒酶作为“长生不老酶”的名声没维持多久。在小鼠体内的实验发现,端粒酶的确能让细胞分裂的代数大大增加,但代价是极大地提升了一种致命疾病的发病率。这种疾病以细胞失控分裂为主要特征,它,就是癌症。

幸运的是,端粒酶作为抗衰老疗法的研究并未被彻底抛弃。在过去的10-15年间,研究发现端粒酶若与抗癌疗法并用,或者间歇性使用(而非像早期实验那样连续使用),可以延长小鼠的寿命。

未来,这些理念的进一步验证需要人体实验。

02 清除人体衰老细胞

当我们的外表随着年龄变得沧桑,体内的细胞也在不断老化,其中有部分会变成“衰老细胞”,而它们的这一转变会加速整个身体的衰老。人们发现,衰老细胞不是人体衰老的无辜旁观者,并不像生日蛋糕上的蜡烛一样仅反映你的年龄。它们会释放多种有害分子,增加心脏病、癌症、认知能力衰退等一系列疾病和症状的概率。

好消息是,我们并非束手无策。对于衰老细胞,科学家已研究出了多种清除的方式,且不伤害到身体其他部位的细胞。现在开发得最成熟的是衰老细胞清除药物,于2015年问世5,有几种已进入人体临床试验阶段。

2018年的一项研究6探索了老年小鼠服用此类药物的多重效果。实验中的小鼠不仅寿命延长了,身体也变得更年轻了——它们得病的概率降低、体力不再虚弱(研究者把小鼠放进专门定制的小型健身房里,让它们上跑步机、走钢丝、爬铁丝,以测量它们的体力)、认知力得到提升,甚至皮毛也更有光泽!这说明身体衰老的许多(甚至全部)表现,都是由衰老细胞造成的,也意味着清除衰老细胞可以预防多种疾病。

当前有二十多家药企正在开发面向公众出售的衰老细胞清除产品7,有药物、有肽、还有刺激免疫系统进行自主清除的物质。产品的多样性意味着即使某项开发失败,仍然有许多其他的可能性可供探索。这同时也意味着衰老细胞清除药很有可能成为史上首例有效的抗衰老药物。

03 细胞重新编程:让生物钟倒流

细胞重新编程听起来像科幻小说里的名词,而它的具体内涵比名称听起来更玄幻。它是衰老生物学当下最受瞩目的理念,对提升人类健康有巨大潜力。现在的关键在于,能否将实验室的研究成果转化为具有实用价值的医疗技术呢?

细胞重新编程技术诞生于00年代中叶8。当时,日本科学家山中伸弥在研究胚胎细胞分化的机理:是什么促使它们分化成各种各样的细胞,构成心脏、皮肤、大脑等器官?他发现只要引入四个转录因子(“山中转录因子”),就能诱导人体内的任何细胞变回多功能干细胞,再次具备分化为各类体细胞的潜力。也就是说,利用这一技术,从你的手臂上随意提取一个上皮细胞,就能将它“重新编程”为多功能干细胞,分化为任何你想要的细胞类型。

2012年,山中伸弥因对细胞重编程技术的研究,获得了诺贝尔生理或医学奖。也正是在那时,人们发现诱导生成多功能干细胞的过程可以显著地逆转细胞的衰老。诱导的过程不仅让细胞返回未分化的状态,还能降低细胞的生理年龄,在多项指标上变得更健康、更年轻。

把人体所有的细胞都变成干细胞显然是不行的(要我把脑细胞变成干细胞,我可不干!),但如果间歇性地给细胞引入山中转录因子,就能做到既不让它分化,又降低它的生理年龄9。研究者对患有会导致早衰的疾病的小鼠进行实验,发现这一做法的确能改善小鼠的健康,并促使成年小鼠体内部分组织的重生。而正常情况下,此类组织重生只可能在小鼠胚胎中发生,不可能出现在成年小鼠身上。

细胞重新编程技术潜力巨大,以至于吸引了亚马逊创始人杰夫·贝佐斯联手多名亿万富翁,斥资30亿美元投资创办了阿尔托司实验室(AltosLabs)10专攻该技术,让细胞重新编程一跃登上新闻头条。阿尔托司实验室汇聚了全球细胞重新编程领域的顶尖学者,包括山中伸弥,力图将小鼠实验的积极成果转化为人类健康的福音。在实验室里转基因小鼠身上得到证实的手段,能否顺利变成造福普通人的技术?30亿美元的成果,我们拭目以待。

参考资料:

C. López-Otín, M. A. Blasco, L. Partridge, M. Serrano, G. Kroemer,The hallmarks of aging. Cell. 153, 1194–1217 (2013)

M. Kimura et al., Telomere length and mortality: a study ofleukocytes in elderly Danish twins. Am. J. Epidemiol. 167, 799–806(2008)

S. E. Artandi et al., Constitutive telomerase expression promotesmammary carcinomas in aging mice. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99,8191–8196 (2002)

Researchers cure lung fibrosis in mice with a single gene therapy –Lifespan.io

Y. Zhu, et al., The Achilles’ heel of senescent cells: fromtranscriptome to senolytic drugs. Aging Cell 14, 644–658 (2015)

M. Xu, et al., Senolytics improve physical function and increaselifespan in old age. Nat. Med. (2018) DOI:10.1038/s41591-018 0092 9.

E. Dolgin, Send in the senolytics. Nat. Biotechnol. (2020)DOI:10.1038/s41587-020–00750 1

K. Takahashi, S. Yamanaka, Induction of pluripotent stem cells frommouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.Cell. 126, 663–676 (2006).

A. Ocampo et al., In Vivo Amelioration of Age-Associated Hallmarks byPartial Reprogramming, Cell 167, 1719–1733.e12 (2016)

Meet Altos Labs, Silicon Valley’s latest wild bet on living forever– Technology review

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