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随着年龄增长,我们身上的细胞也在不断更新换代,受损或衰老的细胞被清除,被新的细胞替代。这很大程度上得益于我们身体中的干细胞,这些细胞在我们出生后,仍然保持着分裂和分化成不同细胞的能力,它们对于我们身体细胞的更新至关重要。
然而,随着年龄的增长,我们的身体也可能在细胞层面积累一些损伤:我们的遗传物质——DNA,可能因为各种原因受损。这些损伤可能来源于外界化学物质或物理因素等的刺激,也可能在细胞分裂的正常过程中偶然发生,让DNA的变异逐渐积累。随着时间的推移,这些突变可能会影响控制细胞生长和分裂的基因,让一些细胞开始不受控地分裂增殖,从而导致癌变。
这个年龄之后
癌症在人类各个年龄段都会发生,但在人类生命的第六个和第七个十年,发病率会急剧上升。这时,人体不管是组织、器官还是细胞层面,都已经出现了明显的衰老。对于细胞来说,“衰老的标志”包括端粒缩短、基因组更加不稳定、代谢压力增强、细胞间通讯失调和表观遗传学改变等,这些变化会对身体组织产生多种有害影响。对于干细胞来说,衰老可能会损害它们自我修复的能力,从而增加癌变的风险。
然而有科学家发现,尽管随着年龄增长,癌症发病率会逐渐上升,但超过某个年龄段之后,一些癌症的发病率却反而有所下降。以约占全球癌症死亡率7%的肺腺癌为例:确诊肺腺癌的中位年龄为71岁;且不管是吸烟者还是非吸烟者,肺腺癌发病率都会随着年龄的增长而增加。然而,这一发病率却在80~85岁后开始下降。
在两个月前发表于《自然》(Nature)的一项小鼠研究中,研究人员探究了其中的原理。
误以为自己缺铁
“衰老的细胞失去了自我更新的能力,因此也失去了形成失控生长的癌细胞的条件。”该研究的第一作者,美国斯隆-凯特林癌症研究所(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)的博士后研究员庄雪倩(音译,Xueqian Zhuang)博士说道。
研究团队利用小鼠来探究衰老如何影响癌症的发现,这些小鼠经过了基因编辑,很容易患上肺腺癌。他们花了两年多的时间将一批小鼠养至老年,并与12~16周大的的年轻小鼠相比较。他们重点关注了两组小鼠肺部的一种干细胞——肺泡2型细胞(alveolar type 2 cells, AT2)的再生能力、形成肿瘤的能力以及自我更新能力,因为肺部的癌变常常就起源于AT2细胞。结果发现,尽管老年小鼠与年轻小鼠的基因突变水平相似,但老年小鼠形成的肿瘤却更少。
要解释其中的机制,不得不先提到一种对细胞至关重要的元素——铁。
铁元素是细胞产能、DNA合成和细胞分裂所必需的元素。铁含量高会促进细胞生长和增殖,这就是为什么癌细胞通常比正常细胞需要更多的铁。而一些癌症的治疗方法也会从铁元素下手,即通过引发癌细胞的“铁死亡”(Ferroptosis,由铁诱导氧化应激引起的细胞死亡)来杀死癌细胞。
研究者发现,老年小鼠AT2细胞中一种叫做NUPR1的蛋白质含量更高,这是一种转录因子,其含量的升高会让AT2细胞对铁稳态的调控出现紊乱,出现“功能性缺铁”(functional iron insufficiency),即就算细胞内铁含量不低,但细胞“误认为”自己铁含量低,并表现出缺铁时的特性——不过研究者目前还没弄清其中的具体机制。
而这些“误认为自己缺铁”的AT2细胞,便失去了很大一部分分裂和分化的能力——刚好这也是肿瘤发生所必需的能力。也因此,即便老年小鼠AT2细胞中的基因突变也不少,但由于这些细胞失去了增殖的能力,因此发展成肿瘤的可能性也减少了。
但另一方面,如果研究者给老年小鼠补充足量铁元素或减少其细胞中的NUPR1数量,这种影响便可以被逆转——即细胞的增殖能力会恢复,但也更容易癌变了。
“我们认为,这一发现可能会给人们带来一些直接的帮助。”该研究的通讯作者图奥马斯·塔梅拉(Tuomas Tammela)说。“如今,数以百万计的人在新冠大流行之后,由于感染或其他原因,肺部没有完全愈合,因此肺功能不足。而我们的小鼠实验表明,给予铁元素或可帮助肺部细胞的更新和再生。”
不过,“这种方法可能不适合患癌风险较高的人群。”塔梅拉补充道。
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