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当被问到“衰老是什么样子”,你会回答什么?皱纹、白发、褪色的容颜?虚弱、蹒跚、佝偻的体态?或者说你是一位对衰老有深入研究的专业人士,你的答案是基因突变、功能障碍、生理紊乱?

不,不够,这些都还只是模糊的概括,或是从某一点出发的“管窥蠡测”,相当于在衰老这片“森林”里只看到了绿色或一棵单一的树,想要攻破整个衰老,还得有更全面的视野才行!

最近,中科院高产选手刘光慧教授组同华大基因顾颖团队在生物学顶刊Cell上联合发文,以数十亿基因的海量数据将衰老从“绿”细化到“每片叶子的纹路”,并开创性地从全局角度找到了全身性衰老关键之一[1]

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一开始本文的研究者们就奔着最全面、最广泛去的,于是他们从年轻和年老小鼠身上精心选择了9个关键组织展开“普查”:海马、脊髓、心脏、肺、肝脏、小肠、脾脏、淋巴结和蛋蛋

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图注:被选取的9个器官/组织都是小鼠核心组分

这些核心器官的衰老模式是怎样的?又是哪一个器官最先感染上了衰老?

No.1

前奏——组织样本细胞分析

初步的组织样本细胞分析并没能得出足够细致的结论,但研究者们找到了一些这些器官在衰老过程中存在的共性:CD45阳性免疫细胞增多、CD31阳性内皮细胞减少,前者与慢性YAN症关联,而后者指向血管神经等功能支持组织丧失。

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图注:老年小鼠各器官存在相似程度的衰老,单从“衰老指标”很难找出差异

此外,就是各组织的特异性衰老表现,如海马和脊髓中的小胶质细胞增多、心脏和肠道的纤维化水平升高等。

No.2

正篇——多点深入基因检测

看不出明显规律那就进一步深入,从9(器官数)到103(组织样本数)到2,226,026,950(基因检测总数),研究者们终于把原先“360p”的衰老带入“8K”时代。

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图注:经过研究者的海量分析检测,“衰老分辨率”有了质的飞跃

海量的样本投喂也会带来海量的数据,为了方便理解,本文的研究者们引入了一个名为“组织结构熵(OSE)”的概念。

众所周知,“熵”这一源自正统自然科学但表现出靠近人文科学气质的概念,代表的其实是一个相当玄学的含义——混乱度,有科学家曾因发出了“万事万物都终走向熵增”的哲学之语被广泛质疑,但在本项研究中对“衰老”这一限定范围而言,这句话的确没错。

所有组织的OSE值都会因为年龄的增加而增加,其中海马、脾脏、淋巴结和肝脏的变化更明显,表现为结构的破坏和原先固定于某一组织范围的特定细胞的扩散;

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图注:研究者提供了一个很好理解的OSE模型,并发现OSE在不同器官中随年龄增长而增长

与因细胞“离家出走”造成的组织结构紊乱同时出现的,还有组织内细胞身份的丢失,比如在肝脏中,就存在维持正常肝功能的肝细胞随衰老的进程不断“堕落”成脂肪细胞的现象。身份的丢失和细胞扩散一样,都是推动其所在组织器官功能丧失的源源动力之一。

No.3

华彩——SSSs“衰老据点”确定

在精确的OSE数据基础上,研究者们才得以揭开一直以来蒙在衰老之上、名为“总体”的面纱,找到这些组织的真实衰老模式:

即使是在同一器官组织内,不同类型细胞的衰老速度也是不一样的,再加上器官原有的秩序和结构性,就导致了“重点高度衰老位置”的出现,研究者们综合基因情况将衰老得分前5%的区域单独划出,命名为SSS

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图注:SSS衰老据点的挑选方法和标准

研究者们证明,作为深植器官组织的衰老病灶,SSS发挥着惊人的“据点”作用:

  1. 衰老分数、OSE分值和细胞身份丢失程度都在SSS点达到顶峰,然后随着与SSS点距离的增大而降低;

  2. 在SSS中,体液免疫反应和补体激活升高,并有更高的衰老相关分泌表型(SASP)评分。前者和器官衰老的大特点一致,后者可能指向SSS的衰老“潜移默化”作用:以SSS为中心,周边区域都会成为“衰老高危区”;

  3. 除了本身性质和环境,SSS似乎还有派遣“小兵”的能力,并通过它们将衰老更高效地传播到更远区域……

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图注:各器官中的SSS都保持了上述3个特点

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关于崭新的SSS概念,前两点要么与初步实验结果契合,要么在更早的研究中早有体现,但最后一点就显得格外新奇,“小兵”是什么?

经检测,这种广泛出现在所有成分SSS、并能脱离SSS发挥促衰传播作用的物质,竟然是免疫利器——抗体

免疫系统是维持体内安全稳定的特殊力量,那细胞DU性T细胞和浆细胞就是奋战在对抗内外源病原体一线的两大力量。前者单纯靠“武力”,能暴力吞噬或破坏病原体结构;后者是“技术流”,主要负责分泌对病原体有粘附和“高亮”作用的抗体来达到场控作用。

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图注:对抗病原体的免疫系统两大“巨头”

按道理说,衰老细胞本身就属于“病原体”范围内的一员,但在近几年的衰老相关研究中T细胞早已翻车,因为它们不仅能杀灭病原体,还能引起YAN症,肆意出现的慢性YAN症被证明是重要衰老标识;而现在,这翻车也轮到后者B(浆)细胞了:

当一小撮细胞成为一个SSS衰老据点,那么不论它们原来是什么功能细胞,现在它们都会开始高表达免疫相关基因,如Igkc、Jchain (Igj)、Ighg1、Igha、C4b等,然后,浆细胞、少突胶质细胞(神经支持细胞的一种)甚至心肌细胞,都开始分泌抗体了!

这种“衰老抗体”紧紧围绕在SSS区域及其周边,并随着年龄的增长和SSS一样在各组织器官里不断积累。

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图注:图中的IgG和IgκC都是常见“衰老抗体”,在小鼠或人类体内这类抗体都随年龄增长而增加

除了作为各组织器官中衰老重点的标志外,衰老抗体还具有比SASP更强劲的“衰老感染力”。研究者们从SSS点提取了占比最高的衰老抗体IgG,然后将它加到年轻人/鼠正常巨噬细胞、小胶质细胞的培养环境中。

很快,这些细胞就老了,无一幸免。尤其是还作为免疫系统重要成分的巨噬细胞在迅速衰老的同时还转变成了促YAN型,如果不是被局限在培养皿中甚至准备去坑其他组织细胞一把。

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图注:人巨噬细胞和小胶质细胞在IgG环境中加速衰老

单纯对细胞的影响可能还不够直观,研究者又给6月龄(约等同于人类刚成年)小鼠连续腹腔注射衰老IgG。

100天后,原本应当正处壮年(约为人类30岁)的实验小鼠也老了,由内而外的那种,表皮可能还看不出啥,但脾脏、淋巴结、海马、肺和心脏都已经积累了相当多的衰老标志物(p21等)、促YAN细胞因子(IL-1β等)和纤维化指标

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图注:注射IgG100天后,年轻小鼠体内的衰老和纤维化指标水平大幅上升

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衰老据点SSS和它的小兵衰老抗体,组成了全新、但更清晰的衰老图景,同时也提示人类:不想让自己的身体成为一片狼藉的战场?那你得抓紧抗衰了!

既然只要变成SSS据点,不论原先什么身份/功能的细胞都无法控制自己开始分泌抗体,那从源头出发消灭浆细胞或者躲避病原体就不再可行,于是在本项研究中,研究者们采用的对策是专门针对IgG的Fcgrt反义寡核苷酸干预法

除了数量多、占比高,IgG能作为衰老抗体中的主力,还因为它不好消灭、特别顽固。别的正常抗体做完了本职工作就会被安排下线,但IgG有一套独特的回收再循环系统:FcγR。只要同FcγR结合,IgG就能逃脱被降解的命运,一直保留下来[2]。

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图注:IgG回收再利用

Fcgrt反义寡核苷酸虽不能直接针对IgG,但能阻滞回收IgG的FcγR表达,间接消耗IgG。本研究中,与腹腔注射IgG正好相反,给19月龄中年小鼠注射Fcgrt反义寡核苷酸能在短短40天内将各器官内的IgG水平降低一半甚至更多,衰老标志物也同步降低

之前还有类似研究证明,直接敲除Fcgrt基因或能将小鼠寿命延长12%,并同步延长健康期[3]。

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图注:敲除Fcgrt基因能延长小鼠寿命12%

而除了这种相对复杂、涉及基因层面的解决方法,本文研究者们也提出了更贴近生活的方案:“成熟的抗衰老策略,如长期锻炼和接触年轻体液(即换血抗衰中的血浆置换法)也能减轻衰老组织中IgG和衰老细胞的积累”。

总之,SSS找到了,衰老抗体也找到了,衰老具体模式和关键点都已在握,剩下的就是“解决它”,那在此之前,不如先按照研究者们建议的那样,锻炼起来呢?

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图注:Fcgrt反义寡核苷酸能降低小鼠IgG、衰老标志和纤维化标志

—— TIMEPIE ——

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