生物学家日前发现寿命与癌变之间可能存在某种密切的联系,即有一种基因能随着机体的衰老而将其干细胞关闭。
这种重要的基因在抑制肿瘤方面所起的作用已很显然。现在看来,它似乎还是促使生物体生与死的一种重要介质。生命的持续需要细胞的不断更新,这也是机体让细胞分裂的必然结果。为了抵消随着机体衰老而日益增加的癌变危险,这种基因会逐渐减弱干细胞增长的能力。
2006年9月6日由美国3个研究组在《自然》网络版上分别发表了这项新的研究结果,虽然实验是在对缺失这种重要基因的老鼠体内进行的,但其研究成果也可能适用于人体。
这一发现表明,衰老过程中的许多退化性疾病,并非如人们此前所设想的那样是在生命日益损耗情况下组织的一种被动崩溃,而是由更新机体各种组织的干细胞主动关闭其功能所造成的。
3篇报道之一的第一作者、北卡罗来纳大学的诺曼 · E · 夏普利斯(Norman E. Sharpless)博士说:“我认为衰老并不是一个随机过程——而是一个程序,一个抗癌程序。”另外两篇报道的第一作者分别是密执安大学的肖恩 · J · 莫里森(Sean J. Morrison)博士和哈佛医学院的戴维 · T · 斯卡登(David T. Skadden)博士。他们的观点和夏普利斯的观点基本相同。
对于建立在应用患者自身成熟干细胞基础上的细胞疗法,这一发现的意义还不清楚;动物成体干细胞会随年龄增长而逐渐关闭的消息似乎也不是那么特别鼓舞人心。不过,这项研究的结果也许会减少只支持成体干细胞用于细胞疗法而反对人类胚胎干细胞研究的人。夏普利斯认为,他们的这一发现,说明有必要加强对两类干细胞的研究。
这项新发现中所提到的基因有一个难记的名字,叫做p16-Ink4a,但它在机体内对癌变的抵御中起着核心作用。它可以产生两种完全不同的蛋白质,这两种蛋白质能与细胞的两个主要体系相互作用,以决定是否准许细胞进行分裂。
夏普利斯还注意到,其中有一种Ink-4蛋白质会随着年龄的增长而大幅度地增加。研究发现:70岁的人细胞中Ink-4蛋白质产量是20岁的人细胞中产量的10倍。为了弄清楚这一原因,夏普利斯对一种老鼠进行了基因工程改造,他首先为其编码并将含这种蛋白质的基因从中剔除掉。
他的目的是想看看这种基因的缺失对该鼠的造血干细胞会有什么影响。当他听说从事脑细胞研究的莫里森和从事胰岛素生成细胞研究的斯卡登也对这一问题感兴趣时,他把自己改造过的老鼠提供给他们,最后,3个研究组同意一起发表他们的研究结果。
3个研究组报道的基本上是同一结果,各种类型组织的细胞在Ink-4蛋白不再能生成时都具有特别的增殖能力。同时,Ink-4缺失型老鼠非常容易发生癌变,甚至早在1岁时就开始发生癌变。
由此,研究人员认为(尚未得到证实),随年龄增长而增多的Ink-4会促使干细胞的衰老,这意味着它们再也不能分裂了。这种演变目的显然是为了避免发生受损的干细胞失控而增长成为肿瘤的可能。
不言而喻,希望人类更加长寿的治疗学家必须得与一种也许不是那么容易对付的体系打交道。但凡是为防止干细胞发生年龄相关性衰退而减少Ink-4蛋白质生成的干预,其结果都会增加癌变的危险性。
夏普利斯说:“世上没有免费的午餐——一切都是命中注定的。”不过,他很快就修正了自己的说法,因为有一种值得注意的现象:热量较少的饮食就是一种已为人所知的延长寿命减少癌变的食物,至少实验鼠的情况是如此。他说,其原因可能是由于这类饮食使细胞分裂难于进行,而细胞分裂正是癌变危险发生的主要来源。
他还说,对于细胞治疗学家来说,Ink-4的双重活性也许是“一个烫手的山竽”,除非他们采用比患者更年轻的人的细胞。不过,斯卡登说,尽管在Ink-4基因如何控制干细胞的分裂还是一个谜团,但他还是希望可以发明一种新的药物来使它暂时关闭,从而在某种程度上促使干细胞的增长而又不至于会很大地增加癌变发生的可能性。
对于用成体干细胞来实施干细胞疗法,有人提议,可以考虑采集患者的干细胞,先在实验室使其分裂,然后放回到患者体内以构建新的组织。夏普利斯说:“这项研究工作证明成体干细胞并不具有无限增加的能力。”
莫里森认为,人们早就知道,在骨髓移植的治疗效果上,年长的患者不如年轻的患者,这项新发现也许可以解释其原因。他说:“我不同意这些研究结果使干细胞研究前景渺茫的说法,”因为年轻人的细胞相对来说更为强健这也是不争的事实。
这些研究人员说,他们还不知道是什么刺激能使细胞随着人的逐渐衰老而增加其Ink-4蛋白质的产生。他们估计,可能是突变或组织受氧化损伤等涉及衰老的常见因素使细胞产生较多的Ink-4。
斯卡登报道的合作者、细胞老化专家罗纳德 · A · 德平霍(Ronald A. DePinho)博士说,这项新发现也许有助于揭示干细胞的更新能力是如何受调控的,并有可能开发出能改进细胞移植的药物。
冷泉港实验室癌基因专家斯科特 · 劳尔(Scott Lowe)博士虽然没有参与此项研究,但他认为结果非常有趣,因为它把一种涉及癌变的极为重要基因与衰老联系在一起。