Nature:好睡眠让干细胞保持年轻

 
         近日来自德国的研究人员发现,环境压力是推动成体造血干细胞中DNA损伤的一个主要因素,由此得出结论良好的夜间睡眠可以让你的干细胞保持“年轻”。他们的研究成果发表在《自然》杂志上。

正常情况下,许多不同类型的组织特异性成体干细胞,包括造血干细胞都处于一种静息状态,它们很少分裂,对能量的需求极低。该研究的领导者Michael Milsom博士说:“我们的理论认为,这种静息状态保护造血干细胞免受DNA损伤,由此让它们避免了过早老化。”

然而,在诸如慢性失血或感染等压力状况下,会驱使造血干细胞进入快速的细胞分裂状态以生成新的血细胞及修复受损组织。Milsom解释说:“就像在半夜强迫你起床,将你推入到跑车中,要求你仍然在半梦半醒的状态下以尽可能快的速度环绕赛道开车一样。干细胞在短时间内从休息状态转向极高的活性,要求它们迅速地提高代谢速率,合成新的DNA以及调整细胞分裂。突然不得不同时执行这些复杂的功能,大大增加了出错的可能性。”

确实,这项研究中的一些实验表明,在应激期间提高干细胞的能量需求会导致直接损伤DNA的活性代谢物生成增加。如果这种情况发生在细胞试图复制DNA之时,那么就可以导致干细胞死亡,或有可能获得一些致癌突变。

正常干细胞可以修复大多数的这种由压力诱导的DNA损伤,但你承受压力的次数越多,特定干细胞不能有效修复损伤,随后死亡或发生突变为白血病形成埋下种子的可能性就越大。“我们认为,这一模型很好地解释了随着年龄增长干细胞中DNA损伤的逐渐累积,以及当你变老时组织维持和修复自身能力的相应下降,”Milsom说。

此外,这项研究还进一步探讨了:这种压力反应是如何影响由DNA修复缺陷引起一种罕见遗传性早衰症的小鼠模型的。范可尼贫血(Fanconi anemia)患者的血液系统发生崩溃,有着极高的患癌风险。范可尼贫血小鼠模型有着与人类中完全一样的DNA修复缺陷,但小鼠却不会自发形成几乎所有人类患者中观察到的骨髓衰竭。

“我们认为,压力诱导DNA损伤,这一缺失的因素是造成这些小鼠造血干细胞耗竭的必要条件,”Milsom说。当将范可尼贫血小鼠暴露于模拟长时间持续病毒感染的刺激下时,它们无法有效地修复发生的DNA损伤,并且它们的干细胞发生衰竭。在相同的时间里,正常小鼠显示造血干细胞数量逐渐减少,而范可尼贫血小鼠的干细胞则几乎完全耗尽,导致了骨髓衰竭及无法充足地生成血细胞来维持生命。

“这完全重演了范可尼贫血患者身上发生的事件,并为我们提供了一个机会来了解这一疾病的发生机制以及我们如何能够更好地治疗它,”Milsom说。

研究的共同作者、海德堡干细胞技术与实验医学gGmbH研究所(HI-STEM)主任、以及德国癌症研究中心(Stiftung Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ)干细胞和癌症部门负责人Andreas Trumpp教授认为,这项研究工作是朝着了解一系列的年龄相关疾病迈出的一大步。

Trumpp说:“发现生理应激、干细胞中突变与衰老之间的这种新的联系令人感到非常兴奋。受损干细胞是衰老的根源及癌症的种子,通过了解干细胞经这一机制而发生老化,我们开始思考一些策略来阻止或至少减少受损干细胞的风险。”(转载自:生物探索)