随着年龄增长，人体组织的再生和修复能力逐渐下降。比如说，老年人摔了一跤，伤口愈合得就比年轻人慢。这一现象在肝脏等具有强大再生能力的器官中尤为明显。肝脏作为人体最大的内脏器官，具有惊人的再生能力，但这种能力也会随着衰老而减弱。科学界一直在探索这种衰老相关的再生能力下降背后的分子机制。
细胞增殖和DNA复制是组织再生的关键过程。研究人员推测，衰老可能会影响这些基本的生物学过程，从而导致再生能力的下降。然而，之前的研究主要集中在体外培养的细胞上，难以完全反映生物体内的真实情况。2024年9月17日，日内瓦大学分子与细胞生物学系等研究团队在 Cell 期刊在线发表了一篇题为《体内DNA复制动态揭示衰老依赖的复制压力》的研究论文。这项研究揭示了衰老如何通过引发DNA复制压力来抑制肝脏再生，并阐明了ATR激酶在调节这一过程中的关键作用。研究人员使用小鼠部分肝切除模型，通过EdU-seq-HU方法在体内绘制DNA复制起始位点图谱，并利用EU-seq监测新生RNA转录。他们比较了年轻（3个月龄）和老年（12、18和22个月龄）小鼠在肝切除后的DNA复制和基因表达情况。此外，他们还使用ATR抑制剂来研究DNA复制检查点的作用。研究人员通过EdU-seq-HU方法分析了年轻（3个月龄）和老年（12、18和22个月龄）小鼠在肝切除后36小时的DNA复制起始情况。结果显示，18个月龄的老年小鼠肝细胞的DNA复制起始效率明显低于年轻小鼠。具体来说，通过分析341个高信号单一起始位点，老年小鼠的平均信号强度仅为年轻小鼠的约20%。进一步分析349个高信号聚集起始位点和全部3517个起始位点也得到了类似结果。值得注意的是，在16只老年小鼠中，只有2只12个月龄的小鼠表现出与年轻小鼠相当的复制起始效率，其余所有老年小鼠都出现了明显的复制起始缺陷。研究者在肝切除后24小时给18个月龄的老年小鼠口服ATR抑制剂（25 mg/kg），结果发现DNA复制起始效率完全恢复到与年轻小鼠相当的水平。通过比较所有3517个起始位点的信号强度，发现ATR抑制剂处理后老年小鼠与年轻小鼠的相关系数R2高达0.93。这一效果在341个高信号单一起始位点和349个高信号聚集起始位点上同样明显。相比之下，ATM抑制剂并未能改善老年小鼠的DNA复制起始效率。流式细胞术分析显示，在肝切除40小时后，老年小鼠（12个月龄）约有40%的肝细胞表现出DNA损伤标记物γH2AX阳性，而年轻小鼠（3个月龄）仅有约10%的细胞γH2AX阳性。同时，老年小鼠中EdU阳性（即处于S期）的细胞比例仅为5%左右，远低于年轻小鼠的25%。进一步分析发现，在老年小鼠中，γH2AX阳性细胞比例与EdU阳性细胞比例呈显著负相关（R2 = 0.56，p < 0.05），而年轻小鼠中无此相关性。免疫组织化学染色也证实了老年小鼠在肝切除48小时后γH2AX水平显著升高。虽然ATR抑制剂能恢复DNA复制起始效率，但它并未显著增加老年小鼠肝细胞的增殖。免疫组织化学分析显示，ATR抑制剂处理使12个月龄小鼠Ki67阳性肝细胞比例从约30%增加到40%，但这一增加并不具有统计学显著性（图7A）。然而，RNA-seq分析发现，在肝切除72小时后，ATR抑制剂处理的12个月龄老年小鼠出现显著的炎症基因表达上调，包括Il6、Ccl2、Cxcl1和Cxcl2等（图7B-D和S7A-C）。成像质谱分析进一步证实，与未处理组相比，ATR抑制剂处理组的巨噬细胞（~8% vs ~4%）、单核细胞（~3% vs ~1%）和中性粒细胞（~1.5% vs ~0.5%）比例显著升高（图7E和7F）。尽管DNA复制起始效率存在显著差异，但EU-seq分析显示，年轻和老年小鼠在肝切除后基因表达诱导模式相似。在肝切除后28-34小时，两组小鼠均表现出细胞周期相关基因（如Orc1、Cdc6、Cdt1、Ticrr、Mcm2-6、Ccne1、Ccnb1和Mki67）的表达上调。这表明老年小鼠DNA复制起始缺陷并非由基因表达异常引起。
这项研究揭示了衰老会导致DNA复制压力，从而抑制肝脏再生。ATR激酶在抑制老年细胞DNA复制起始中起关键作用，但完全解除这种抑制会引发炎症反应。这一发现为理解衰老过程中组织再生能力下降提供了新的见解，同时也提示了靶向DNA复制检查点作为抗衰老策略的潜在风险。https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00963-2
