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一生中缓慢积累的基因突变,改变了人类70岁后的血液产量

2022-06-06 14:05 作者:黄先生斜杠青年  | 我要投稿

我是斜杠青年,一个热爱自然科学的“杂食性”学者!

驱动突变导致产生血细胞的干细胞多样性减少。

人类白细胞和红细胞的扫描电子显微照片(SEM)。红细胞负责将氧气从肺部输送到身体其他部位。白细胞具有不同的功能,但都参与了免疫反应。放大倍率x 12,000。来源:David Spears FRPS FRMS/Getty Images


衰老可能是由我们身体细胞中分子损伤或基因突变的逐渐积累引起的,这些损伤或基因突变在人类的一生中都有可能发生。但到目前为止,它如何转化为70岁之后器官功能的迅速恶化还不清楚。

现在,科学家发现,血液干细胞中基因突变的积累可能是70岁后体内血液产生方式的突然变化的原因。

这项发表在《自然》杂志上的新研究指出,产生血细胞的干细胞多样性发生了变化,这是70岁后细胞再生能力下降、细胞减少(一种或多种血细胞类型低于应有水平)、免疫功能障碍和血癌风险急剧上升的原因。

英国威康桑格研究所癌症、衰老和躯体突变项目负责人、联合高级作家彼得·坎贝尔博士表示:“他们首次展示了一生中稳定的突变如何导致70岁后血细胞数量的灾难性和不可避免的变化”。

血细胞是在称为造血的过程中制造的

我们血液中的所有细胞——包括红细胞、白细胞和血小板——都是从骨髓中的造血干细胞中发展而来的,这个过程被称为造血干细胞。这些干细胞是所谓的多能祖细胞,这只是意味着它们可以发育成多种细胞类型。

造血流程图显示了多能造血干细胞可以分化的细胞。来源:JulieJenksButteCollege


要了解这个过程如何随着年龄的增长而变化,研究人员对总共10人的3579个造血干细胞的整个基因组进行了测序——年龄从新生儿到81岁不等。

利用这些信息,他们能够为每个干细胞构建类似于家谱(系统生命树)的东西,显示血细胞之间的关系在人类一生中是如何变化的。

他们发现,在65岁以下的成年人中,血细胞由2万到20万个不同的干细胞产生——每个干细胞对产生的贡献大致相同。

 但70岁后,他们观察到骨髓中负责造血的干细胞多样性急剧下降。事实上,只有12-18组独立的扩展干细胞克隆占细胞产量的30-60%。

这些高度活跃的干细胞已经与其它细胞竞争,并在人的一生中逐渐扩大数量(克隆),这种扩张(称为克隆造血)是由几十年前发生的被称为驱动突变的罕见突变子集引起的。

他们的发现表明,由于积极选择具有驱动突变的生长速度更快的克隆,血液干细胞的多样性在老年时会丧失。这些克隆细胞“竞争”了生长较慢的克隆细胞,英国Addenbrooke医院的血液学注册官、美国Wellcome Sanger研究所的博士生Emily Mitchell表示。

在许多情况下,干细胞水平的适应性提高可能是有代价的——他们产生功能性成熟血细胞的能力受到损害,因此可以解释观察到的与年龄相关的血液系统功能丧失。

哪些克隆成为主导干细胞,个体之间各不相同,这解释了为什么老年人的疾病风险和其它特征存在差异。

慢性炎症、吸烟、感染和化疗等因素会导致克隆细胞的早期生长,并伴有癌症驱动的突变。他们预测,这些因素也导致与衰老相关的血干细胞多样性下降,英国Wellcome-MRC剑桥干细胞研究所助理教授、联合高级作家Elisa Laurenti博士表示。

可能也有因素会减缓这一进程。“弄清楚这些新发现的突变如何影响老年人的血液功能,这样我们就可以学习如何最大限度地降低疾病风险并促进健康衰老”。

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