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每个人都渴望延缓衰老的脚步，这一愿望现在可能不仅仅是梦想了。南京大学生命科学高等研究院的研究团队最近在细胞外泌体的研究上获得了重大突破，他们发表在《自然·衰老》杂志上的最新研究揭示，年轻小鼠的血浆中蕴含着一种神秘成分 -- 小细胞外囊泡（sEV），可能正是实现延缓衰老的关键。
研究团队通过将年轻的sEV注入年老小鼠体内，不仅成功延长了它们的寿命，还显著改善了衰老特征，恢复了多种器官的功能。更令人振奋的是，研究发现这些sEV通过携带的miRNA刺激PGC-1α的表达，重燃了细胞内线粒体的活力，仿佛为衰老的细胞注入了新的生命力。这一发现，为抗衰老研究开辟了新的视野，让我们终于看到了延缓衰老的希望。
该论文近期发表在著名抗衰研究杂志《nature aging》上
我们都知道，衰老是一个不可避免的生命历程，随着时间推移，细胞的自我修复能力逐渐衰退，带来一系列生理功能的减弱。这一过程往往伴随诸如心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病和癌症等慢性疾病，对医疗系统造成了巨大的负担。因此，了解衰老的基本机制并积极探索对抗策略成为至关重要的一步。
年轻和衰老细胞的生理生化大有不同
从细胞层面看，衰老源于细胞、细胞器及大分子的随机损伤积累。尽管具体机制尚不完全明确，但主要涉及多个自主性过程，如基因组不稳定、端粒缩短、表观遗传改变、蛋白质稳态紊乱、营养信号失调、线粒体功能下降、细胞衰老和干细胞耗竭。
此外，细胞间的协同作用以及器官间的相互交流对于衰老进程也至关重要。随着年龄增长，这些相互作用可能被打破，导致健康状态的进一步恶化。
有趣的是，近年来的研究发现，通过将年轻和年老小鼠的循环系统连接在一起（异时共生手术），年轻血液可以部分恢复老年小鼠大脑、心脏等多个器官的功能。这一现象表明，血液中的某些因子可能具有“返老还童”的效果。
针对这些现象的研究科学家们已经初步识别出了一些年轻血浆中的活性分子，它们被称为抗衰老因子。然而，这些因子如何在体内起作用，目前仍是科学家们积极探索的谜题。
在过去十年中，细胞外囊泡（EV）介导的细胞间通讯为我们对多细胞生物中遗传信息传递和体内平衡的理解提供了全新视角。EV 是一种异质性的纳米级膜囊泡，包含脂质双层及其内部包裹的蛋白质和 RNA。它们通过血液循环，可作为细胞间通讯的信使，促进源细胞与靶细胞间的物质交换。特别是血源性 EV 可能通过非细胞自主机制影响衰老过程，这部分解释了年轻血液对恢复活力的作用。
南京大学本次的研究重点关注小型细胞外囊泡（sEVs），他们通过反复注射年轻来源的 sEVs 到老年小鼠，探讨其恢复青春的潜力，并尝试阐明年轻 sEVs 在逆转与年龄相关的损伤中的关键分子机制。
研究者们首先从年轻（2 个月）和老年（20 个月）雄性小鼠的血浆中提取并纯化 sEV。纳米粒子跟踪分析（NTA）显示，年轻和老年小鼠的血浆中，sEV 的数量是相当的，年轻血浆中每毫升约有 1.7 × 109 个颗粒，而老年血浆中则为 1.04 × 109 个颗粒，粒径也相似，峰值约为 100 纳米。透射电子显微镜（TEM）进一步确认了年轻 sEV 的特征形态和大小。这提示我们要从关注他们的质量。
幼年 sEV 注射对老年小鼠寿命和全身生理的长期影响
免疫印迹分析表明，纯化的年轻和老年 sEV 都富含经典的标记物，如 CD9、CD63、Alix 和 TSG101，但缺乏主要血浆蛋白如白蛋白和内质网蛋白钙联蛋白，说明分离的 sEV 并未受到血浆或细胞内成分的污染。研究团队将纯化的 sEV 溶解在 PBS 中，调整至每微升 1.80 μg 的总蛋白浓度，以模拟血浆中 sEV 的天然浓度。
接下来，研究人员探讨了从年轻小鼠提取的 sEV 是否能真的延长老年小鼠的寿命。实验中，每周将等量（200 μl）的 PBS 或年轻 sEV（每微升 1.80 μg 总蛋白）静脉注射到 20 个月大的老年雄性小鼠体内，直至其死亡。生存分析显示，接受年轻 sEV 注射的小鼠中位寿命延长了 12.42%（注射年轻 sEV 的小鼠平均寿命为 34.4 个月，而注射 PBS 的小鼠则为 30.6 个月）。此外，注射年轻 sEV 的老年小鼠通常比用 PBS 处理的对照小鼠看起来更健康。值得注意的是，研究人员还发现，注射年轻 sEV 可以显著减缓老年小鼠的脱发现象。
03.
为了评估年轻来源的细胞外囊泡（sEVs）对不同组织和器官的长期复原作用，研究者们每周给老年雄性小鼠静脉注射一次200 μl的磷酸盐缓冲液（PBS）或年轻sEVs。由于男性高龄与生育能力的下降密切相关，主要表现为精子数量减少、精子活力下降和DNA碎片化程度增加，因此研究的首要目标是评估年轻sEVs对老年小鼠精子质量及生育能力的复原作用。
研究结果发现，老年小鼠的血浆和睾丸中睾酮浓度明显低于年轻小鼠，显示出与年龄相关的睾酮分泌不足。然而，经过年轻sEVs治疗，老年小鼠的循环及睾丸内睾酮浓度显著增加。此外，老年小鼠的总精子数量和向前运动的精子百分比均显著降低，但年轻sEVs的注射有效提高了其精子数量和活力。同时，精子染色质结构分析显示，老年小鼠的精子DNA碎片化明显增加，但年轻sEV治疗显著改善了精子染色质的完整性。
在生育能力评估中，年轻雄性与已证明生育能力的雌性小鼠交配后，年轻雄性每只雌性平均有7.7个着床点，而老年雄性未能在子宫内建立可见的着床点。经过年轻sEV治疗，老年雄性的胚胎着床成功率提升到平均3.4个着床点。此外，在为期一个月的交配实验中，年轻雄性每窝平均产下8.4只幼崽，而老年雄性仅产下4.4只幼崽。注射年轻sEV后，老年雄鼠的幼崽数量几乎与年轻雄鼠相当，达到每窝7.8只。
幼年sEV注射对老年小鼠记忆能力、耐力表现和衰老表型的短期影响
接着，研究者使用间接量热系统评估小鼠的代谢健康，发现老年小鼠的能量消耗和运动活动显著下降，而注射年轻sEV的老年小鼠显示出更高的氧耗量和运动活动，表明其代谢健康得到恢复。
在心脏功能评估中，通过超声心动图观察到老年小鼠心脏功能明显下降，表现为左心室质量增加和收缩/舒张功能障碍。但年轻sEV治疗显著改善了这些超声心动图参数。
进一步的微型CT分析显示，老年小鼠的骨质流失和结构恶化，而年轻sEV的治疗显著修复了老年小鼠的骨骼结构，使其参数接近年轻小鼠的水平。
最后，通过磁共振成像监测老年小鼠海马和大脑皮层区域的体积变化，结果显示，年轻sEV治疗显著减轻了老年小鼠的海马和皮层萎缩。
04.
线粒体是细胞内的能量工厂，负责生产细胞所需的三磷酸腺苷（ATP），它们在细胞代谢中扮演着关键角色。然而，随着年龄的增长，线粒体常常成为最易受损的细胞器，导致它们的功能退化，ATP的生成能力下降，并积累线粒体DNA（mtDNA）损伤，最终引发代谢异常和组织功能衰退。
线粒体功能示意图
研究发现，年轻的小鼠体内的代谢过程在老年小鼠中发生了显著变化。具体来说，与年轻小鼠相比，老年小鼠的海马和肌肉中ATP合成率和呼吸复合物V的活性明显降低。而当年轻的小鼠细胞外囊泡（sEV）应用于老年小鼠时，观察到海马和肌肉中的ATP生成和呼吸复合物V的活性显著提升。
此外，mtDNA拷贝数是评估细胞内线粒体丰度的重要标志物。在老年小鼠的海马和肌肉中，mtDNA拷贝数减少，但经过年轻sEV治疗后，这一减少的趋势被逆转。值得注意的是，老年小鼠的心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏和睾丸等其他组织中也发现mtDNA含量显著下降，而年轻sEV的短期注射能够减轻这些组织中的mtDNA损失。
年轻的 sEV 注射可抵消线粒体缺陷并改善老年小鼠的代谢健康
尤其值得注意的是，老年小鼠海马和肌肉中的线粒体超微结构普遍不健康，表现为肿胀或断裂。经过年轻sEV治疗后，这些异常线粒体的比例显著降低。此外，对心脏、肝脏、脾脏、肺脏和肾脏的线粒体进行观察后发现，年轻sEVs的治疗也显著提升了这些器官中的线粒体密度，并减少了线粒体肿胀及基质破裂的情况。
为了进一步验证这些变化，研究人员使用了针对线粒体呼吸链复合物II的敏感标记物SDHA及肌原性标记物Desmin进行免疫荧光染色。结果显示，老年小鼠肌肉中的SDHA染色强度显著降低，而接受年轻sEV治疗的老年小鼠则表现出SDHA染色强度的显著增加，这表明线粒体含量有所恢复。总体而言，这些结果表明，年轻的sEVs可能通过提高线粒体质量和维持其功能，增加细胞内ATP供应，从而有效补偿老年组织中的线粒体缺陷。
相对而言，老年小鼠的血浆sEVs注射到幼鼠体内后，导致幼鼠的海马和肌肉中ATP生成、呼吸复合物V活性及线粒体DNA含量显著降低。在TEM图像中，老年sEVs治疗后，幼鼠的海马和肌肉中观察到线粒体密度降低和结构损伤。这表明，老年sEVs不仅不利于线粒体健康，反而可能加速细胞内能量不足和线粒体缺陷的加重。
05.
根据这次的研究结果，实验证明年轻的sEV能够在多个层面上抵消衰老效应，包括分子、线粒体、细胞和生理层面。这些小外泌体作为天然载体，能够稳定地运输活力恢复因子，同时不会引发毒性或免疫反应。
总的来说，年轻sEV为我们提供了一个独特的机会成为一种多功能工具，以恢复衰老组织的活力，进而改善整体健康和福祉。这一发现不仅为衰老相关疾病的治疗开辟了新的方向，还可能在未来的医学应用中发挥重要作用。
