注射了微小RNA分子的鼠寿命更长,衰老的标志也更少,但目前还不知道这种治疗是否对人类有效。
用一种名为miR-302b的分子治疗的小鼠可以再生脱发,并保持大脑健康。给年老的小鼠注射一种RNA分子似乎可以逆转衰老的一些迹象——帮助它们活得更长,重新长出毛发,保持身体和智力的能力。
1月15日的《细胞代谢》(Cell Metabolism)杂志描述了这种治疗方法,它的作用是针对衰老过程的一个关键特征:细胞衰老阶段,在这个阶段,细胞失去了复制能力。研究人员希望这些发现有一天能导致抗衰老药物的开发,但还需要做更多的工作来确定它们是否适用于人类。
随着人们年龄的增长,越来越多的细胞变得衰老,并释放出一种叫做细胞因子的化学物质,这种化学物质会引发炎症。这降低了身体抵御疾病和自愈的能力,并与癌症、心血管疾病、糖尿病和认知功能下降等疾病有关。
在论文《Exosomal miR-302b rejuvenates aging mice by reversing the proliferative arrest of senescent cells》中,研究人员已经将注意力集中在一种名为miR-302b的分子上,这种分子可以帮助减缓衰老过程。这种分子是一种microRNA,一种参与基因调控的小的非编码RNA片段,以前发现它与免疫和抑制癌细胞有关。
北京中国科学院生物物理研究所的生物物理学家Guangju Ji和他的同事们用实验室培养的人类细胞证明,来自人类胚胎干细胞的外泌体——细胞间携带RNA的包裹——可以恢复衰老细胞的增殖能力。
然后,他们对年龄在20到25个月之间的活小鼠进行了几次实验,这些活小鼠的年龄与人类年龄的60到70岁相似。他们向一些小鼠注射了正常的人类外泌体,另一些小鼠注射了额外装载miR-302b的外泌体,后者影响参与细胞分裂的两个基因。对照组小鼠注射生理盐水。
研究材料与方法
1. 实验动物
研究人员选用C57BL/6J小鼠作为实验模型,通过自然衰老和化学诱导两种方式建立老年小鼠模型。自然衰老小鼠为24个月龄,而化学诱导衰老小鼠则通过注射化学诱导剂加速细胞衰老过程。
2. 外泌体分离与鉴定
从年轻小鼠的骨髓间充质干细胞(BMSCs)中分离外泌体,并通过透射电子显微镜、纳米颗粒追踪分析和Western blot等技术对外泌体的形态、大小和标志性蛋白进行鉴定。此外,研究人员还利用高通量测序技术分析了外泌体中miRNA的表达谱,发现miR-302b在年轻小鼠BMSCs来源的外泌体中高度富集。
3. 体外细胞实验
研究人员将分离的外泌体与体外培养的衰老细胞共培养,通过CCK-8实验、流式细胞术和细胞周期分析等方法检测细胞增殖能力和细胞周期状态的变化。同时,利用qRT-PCR和Western blot技术检测miR-302b的靶基因表达水平,以验证其调控机制。
4. 体内实验
将外泌体通过尾静脉注射到老年小鼠体内,定期检测小鼠的生理指标、组织形态和细胞衰老标志物的表达水平。研究人员还通过免疫组化和Western blot等技术分析外泌体miR-302b在体内对衰老细胞的调控作用。
研究结果
(一)外泌体miR-302b的鉴定与表达特征
研究人员从年轻小鼠BMSCs中分离出外泌体,并通过多种技术手段确认其纯度和完整性。高通量测序结果显示,miR-302b在年轻小鼠BMSCs来源的外泌体中显著上调,而在老年小鼠BMSCs来源的外泌体中则表达较低。这一结果提示miR-302b可能与细胞衰老状态密切相关。
(二)外泌体miR-302b对衰老细胞增殖的调控作用
体外实验表明,外泌体miR-302b能够显著增强衰老细胞的增殖能力,促进细胞从G0/G1期向S期转化。通过qRT-PCR和Western blot技术,研究人员发现miR-302b能够靶向抑制p21和p53等细胞周期抑制因子的表达,从而解除细胞周期停滞,恢复细胞增殖能力。
(三)外泌体miR-302b在老年小鼠中的抗衰老效果
体内实验结果表明,外泌体miR-302b注射能够显著改善老年小鼠的生理状态,包括增加肌肉力量、提高运动耐力和改善皮肤弹性。组织学分析显示,外泌体miR-302b能够减少衰老细胞标志物SA-β-gal和p16的表达,同时促进组织中细胞的增殖和更新。此外,免疫组化和Western blot结果进一步证实了miR-302b在体内通过靶向p21/p53通路发挥抗衰老作用。
结论与讨论
本研究揭示了外泌体miR-302b在逆转衰老细胞增殖停滞中的关键作用,并通过体内外实验验证了其抗衰老效果。研究结果表明,外泌体miR-302b通过靶向抑制p21和p53等细胞周期抑制因子,恢复衰老细胞的增殖能力,进而改善老年小鼠的生理状态。这一发现不仅为理解细胞衰老的分子机制提供了新的视角,也为开发基于外泌体的抗衰老治疗策略提供了重要的理论依据。
然而,该研究仍存在一些局限性。例如,外泌体miR-302b在人体中的作用机制和效果尚需进一步验证。此外,外泌体的制备和纯化技术仍需优化,以提高其在临床应用中的可行性和安全性。未来的研究可以聚焦于外泌体miR-302b在不同组织和器官中的作用差异,以及其与衰老相关疾病(如心血管疾病、神经退行性疾病等)的关联。此外,结合基因编辑技术和纳米技术,开发更高效的外泌体miRNA递送系统,有望为抗衰老治疗带来新的突破。
中国科学院生物物理研究所的研究人员的这项研究为抗衰老领域提供了新的思路和方向,其重要意义在于揭示了外泌体miRNA在细胞衰老调控中的关键作用,并为基于外泌体的抗衰老治疗策略的开发奠定了坚实的基础。随着相关研究的不断深入,外泌体有望成为未来抗衰老治疗的重要工具。
参考文献
Exosomal miR-302b rejuvenates aging mice by reversing the proliferative arrest of senescent cells