科學家成功逆轉小鼠肌肉老化並取得驚人發現

加州大學洛杉磯分校對老鼠進行的新研究提出了一個令人驚訝的解釋。隨著肌肉老化，幹細胞會產生高水平的蛋白質，使它們的啟動和修復受損組織的速度變慢。同時，這種蛋白質可以幫助細胞在老年肌肉壓力更大的環境中存活更久。

該研究發表在期刊上 科學他指出，與老化相關的一些生物變化可能不僅僅是有害的衰退。相反，它們可能基於生存策略。 「這讓我們對老化有了一種新的思考方式，」該研究的資深作者、加州大學洛杉磯分校伊萊和伊迪絲再生醫學和乾細胞研究中心主任托馬斯·蘭多博士說。

「這是違反直覺的，但在衰老中存活下來的幹細胞實際上可能是功能最差的細胞。它們之所以能存活下來，不是因為它們在工作中表現最好，而是因為它們最擅長存活。這為我們提供了一個完全不同的視角來理解為什麼組織會隨著年齡的增長而衰退。」

隨著年齡的增長，蛋白質會減緩肌肉修復

由博士後研究員Jingmin Kang和Daniel Benjamin領導的研究小組比較了年輕和老年小鼠的肌肉幹細胞。他們發現，一種名為 NDRG1 的蛋白質隨著年齡的增長而急劇增加，在老年細胞中的水平比年輕細胞高 3.5 倍。 NDRG1 的作用就像細胞內的煞車。它抑制稱為 mTOR 的信號通路，該通路通常會促進細胞活化、生長和修復組織。

為了確定 NDRG1 是否導致癒合速度變慢，科學家讓老鼠自然老化到相當於人類 75 歲的年齡。然後他們阻斷了 NDRG1 活性。一旦這種蛋白質被抑制，較老的肌肉幹細胞就開始表現得像年輕細胞一樣。它們被激活得更快，受傷的肌肉修復得更快。

更新需要權衡

有一個缺點。當 NDRG1 被阻斷時，隨著時間的推移，存活的肌肉幹細胞會減少。結果，反覆受傷後肌肉的再生能力下降。

「可以把它想像成馬拉松運動員與短跑運動員，」蘭多說，他也是加州大學洛杉磯分校大衛格芬醫學院的神經科學教授。 「年輕動物的幹細胞表現非常出色——它們確實擅長跑步，但從長遠來看，它們並不那麼擅長。它們可以通過100碼比賽，但甚至連馬拉松都跑不了一半。相比之下，老年恰幹細胞就像馬拉松運動員——反應較慢，但長距離裝備更好。然而，讓它們如此擅長長距離的原因。」

團隊使用幾種不同的方法證實了他們的結果。他們在實驗室培養皿和活組織內研究了年輕和成年小鼠的肌肉幹細胞。在所有試驗中，此模式是一致的。較高水平的 NDRG1 會減緩幹細胞活化和肌肉修復，但也會促進長期細胞存活。

老化過程中的細胞存活偏差

研究人員認為，高 NDRG1 水平反映了他們所謂的「細胞生存偏差」。隨著時間的推移，無法產生足夠 NDRG1 的幹細胞更有可能死亡。剩下的細胞群由行動較慢但能夠更好地承受老化壓力的細胞組成。

蘭多說：“一些看似有害的與年齡相關的變化，例如組織修復緩慢，實際上可能是必要的妥協，可以防止更糟糕的情況發生：幹細胞庫完全耗盡。”

蘭多將這種轉變與我們在自然界中看到的生存權衡進行了比較。在乾旱、飢餓或冰凍等極端條件下，動物會啟動冬眠等恢復計劃，而不是將能量投入繁殖。同樣，衰老幹細胞在應對壓力時似乎會將資源從生產新細胞轉移到生存計劃。

蘭多說：“物種之所以能夠生存，是因為它們能夠繁殖，但在資源匱乏的時候，動物會訴諸自己的恢復計劃。” “自然界中有很多分配資源以在壓力下生存的例子。這與我們在細胞水平上看到的非常一致。”

抗衰老治療的影響

這些發現可能會指導未來旨在增強老年人肌肉再生的治療方法。然而，蘭多警告說，提高幹細胞的性能可能需要付出代價。 「天下沒有免費的午餐。我們可以在一段時間內針對特定組織改善衰老細胞的功能，但每次我們這樣做，都會有潛在的成本和潛在的負面影響。”

團隊計劃繼續研究如何在分子層面上控制生存和再生之間的平衡。

蘭多說：“這個基因就像我們打開的大門，讓我們了解控制這些權衡的因素，這不僅對於物種的進化，而且對於個體內部的組織衰老也非常重要。”

這項研究由美國國立衛生研究院、NOMIS 基金會、銀河研究基金會、Hevolution 基金會和韓國國家研究基金會資助。