“人体如何衰老?”21个器官、700万细胞图谱发布

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洛克菲勒大学构建单细胞图谱:衰老在全身同步发生

人们常把皱纹增多、体力下降和疾病风险上升归因于年龄。那么,人体究竟从何时、从哪里开始衰老?图片来源:Getty Images Bank
人们常把皱纹增多、体力下降和疾病风险上升归因于年龄。那么,人体究竟从何时、从哪里开始衰老?图片来源:Getty Images Bank

我们常常将皱纹增多、体力下降、疾病风险增加的现象归因于“年龄”。那么,人体究竟在什么时候、从哪里开始衰老呢?对于特定器官是否先衰退,还是全身同时经历变化,之前并没有明确的图谱。

在此背景下,最近发表在著名学术期刊《科学(Science)》上的研究中,美国洛克菲勒大学单细胞基因组学与群体流行病学实验室的朱尼韦·赵教授团队分析了21个器官中约700万个细胞,确认衰老比预期更早开始,并以全身同步的方式进行。

研究团队从32只不同年龄段的小鼠中提取了21个组织,分别对应生后1个月(年轻成年)、5个月(中年)、21个月(老年),分析了近700万个细胞。虽然不能简单对应人类的年龄,但其特点在于逐步比较了从年轻成年到中年、老年的整个生命周期的变化。

研究中使用了“单细胞ATAC-seq”技术。该技术测量细胞内DNA的开放程度(可接近性),以了解哪些基因准备激活。简单来说,就是观察细胞的“操作蓝图”如何变化。通过这一方法,研究团队区分出了1800多种不同的细胞亚型。其中一些是之前未被充分定义的稀有细胞群体。

分析结果颠覆了部分既有认知。以往,衰老主要被理解为细胞“功能”下降的过程,但此次研究显示,约四分之一的细胞类型在衰老过程中“数量”本身显著变化。

例如,部分肌肉细胞和肾脏细胞群体减少,而免疫细胞则显著增加。这意味着不仅仅是功能下降,细胞组成本身也在重组。

特别值得注意的是,这种变化在意想不到的早期阶段就已开始。在生后5个月的阶段,即中年期,部分细胞群体已经开始减少。研究团队据此解释,衰老并不是在老年期突然开始的现象,而是与发育过程处于同一连续线上的渐进变化。

另一个关键发现是“同步化”。在不同器官中,类似的细胞状态变化同时增加或减少的模式被确认。衰老并不是各个器官单独进行,而是可能受到全身信号的调控。研究团队解释说,循环在血液中的物质等可能参与这种调控。

性别差异也十分明显。与衰老相关的变化中约40%在男性和女性中表现不同。例如,在女性中,衰老过程中免疫激活的现象更为广泛。研究团队提到,这一结果可能为解释女性自免疫疾病高发率提供线索。然而,这只是可能性提示,并未确定因果关系。

除了细胞数量变化外,基因组水平的变化也得到了分析。研究团队调查了约130万个基因组区域,其中约30万个区域确认了与衰老相关的显著变化。特别是约1000个区域在多种细胞类型中普遍发生变化。这些区域与免疫功能、炎症、干细胞维持相关的基因调控位点相连。这表明,衰老并非简单的随机基因组损伤,而是可能在特定调控“热点”上反复出现的系统性变化。

研究团队通过与以往研究的比较,确认了免疫信号物质“细胞因子”能够诱导与此次研究中观察到的细胞变化相似的变化。因此,调节细胞因子的药物可能有延缓全身衰老过程的潜力,但仍需进一步验证。

研究团队精确分析的衰老变化单细胞图谱将通过公开平台(epiage.net)提供给研究人员。预计将作为揭示衰老机制和未来靶向治疗策略开发的基础资料。

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