時光派作者:@Snowy
中科院生命科學研究院博士——研究方向幹細胞
2018年5月,中國幾名富豪組團飛烏克蘭注射幹細胞的新聞刷屏,烏克蘭幹細胞治療公司打出「60萬一針、400萬年輕30歲」的口號吸引了全球一大批富豪為之買單,幹細胞淪為飯後笑資的同時也讓一部分人好奇這東西真有那麼神嗎,為何如此多人對其趨之若鶩?今天時光派為各位讀者粉絲帶來幹細胞知識科普,詳談其與衰老之間的關係。
幹細胞在衰老過程中扮演什麼角色?
隨著年齡的增長,人體逐漸走向衰老。宏觀上,身體各項機能會不可逆衰退,如記憶力下降、反應遲鈍、激素分泌異常等退行性變化,對細菌病毒等的防禦能力逐漸減退,容易出現高血壓、高血糖、高血脂、腦功能減退等各種疾病。微觀上,各個組織器官內可以分化為功能細胞的原始細胞,即幹細胞,逐漸減少,無法滿足機體需要,分化產生的新細胞無法完全替代和修復損傷或衰老的細胞。因此,幹細胞減少是機體產生衰老表象的一大原因,如何增加體內的幹細胞數量以延緩衰老也是目前備受關注的問題。
什麼是幹細胞?
幹細胞是體內可以自我更新複製,也可以分化產生其他終末分化細胞(功能細胞,如神經細胞、胰島細胞、肝細胞、肌肉細胞等)的一類未分化(胚胎幹細胞)或分化狀態較低(成體幹細胞)的原始細胞。正常狀態下,幹細胞處於休眠狀態,但在機體損傷或衰老等條件刺激下,幹細胞被損傷因子激活,分化產生功能細胞,以替換損傷或衰老的細胞,進而使機體組織器官的再生和衰老維持一個動態平衡。機體成長時期,幹細胞的再生能力強於組織器官的衰退,衰老被抑制;隨著年齡的增長,幹細胞逐漸減少(如造血幹細胞,隨著年齡的增長,其造血能力逐漸降低),其再生能力弱於組織器官的衰退,機體表現出衰老體徵。
幹細胞如何抗衰老?
那麼幹細胞到底如何抗衰老呢?
1)上文我們提到幹細胞可以分化為終末功能細胞,替代、補充、修復損傷或衰老的細胞;
2)幹細胞可以分泌一些細胞因子,如表皮生長因子(促進組織纖維和膠原蛋白的合成,強化纖維結構,改善細胞代謝,延緩皮膚衰老)、血管內皮生長因子(促進血管生成,豐富血管網絡,改善組織器官和肌膚營養狀態)、神經細胞生長因子(促進中樞及周圍神經元的發育、分化、生長、再生及功能特性的表達)、成纖維細胞因子(大大提高細胞的增殖能力)等;
3)幹細胞還可以分泌細胞外膜泡,如外泌體等,外泌體中含有大量的蛋白因子及非編碼RNA,也可以促進機體各個組織器官修復,延緩衰老。
選讀:什麼是外泌體?
外泌體(exosome)是機體細胞分泌的30-150nm的小膜泡,首次發現於1980年,最初被認為是細胞排洩廢物的一種方式。大量研究表明,外泌體裡含有很多蛋白因子和非編碼RNA,進而調節細胞的功能。外泌體的成分隨分泌細胞類型而異,其功能也有差異。例如,人胚胎幹細胞分泌的外泌體可以延緩血管內皮細胞的衰老,促進其增殖、遷移、形成血管 [1]。
什麼是幹細胞療法?
前面提到幹細胞減少是機體衰老的根本原因,幹細胞的確可以通過多方面的功能抗擊衰老,因而科學家們提出通過向機體回輸自體來源的幹細胞來促進損傷修復、組織再生和抗擊衰老,即幹細胞療法。目前可用於幹細胞療法的細胞有胚胎幹細胞/誘導多能性幹細胞,成體幹細胞,如脂肪幹細胞、臍帶血源的間充質幹細胞、骨髓間充質幹細胞等。
1)胚胎幹細胞/誘導多能幹細胞
胚胎幹細胞(Embryonic stem cells, ESCs/ES)是從早期胚胎或原始性腺中分離得到的一類細胞,在體外可以自我複製更新,在體外或體內均可以分化為幾乎所有類型的細胞。雖然最初以為,ESCs是幹細胞療法最理想的細胞來源,但ESCs不易獲得,且存在一些倫理學問題,異體間具有一定的免疫原性,進入體內易形成畸胎瘤。這些屬性大大降低了ESCs用於幹細胞療法的可能。
誘導多能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPS/iPSCs)是於2006年由日本的兩位科學家Kazutoshi Takahashi和Shinya Yamanaka報導,將4個轉錄因子(Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc)轉入終末分化的成纖維細胞,使其重編程為類似ESCs的一類細胞類型。Shinya Yamanaka最終因此而獲得2012年諾貝爾獎。iPS來源於自體的細胞,雖然用於移植治療的時候,不易引起免疫排斥,也不難獲得,但也會形成畸胎瘤,因此也不可直接用於幹細胞療法。
2)成體幹細胞
成體幹細胞是存在於已分化組織內的未分化細胞,特定條件下可以自我更新和分化,但分化能力弱於ESC和iPS,僅可分化為特定組織類型的細胞。如神經幹細胞在體內僅可分化為神經譜系的細胞,但不能分化為胰島細胞或心臟細胞等。
脂肪幹細胞(Adipose-derived stromal cells, ADSC/ASC),可以從脂肪組織內分離得到,雖然分化能力受限,但可以分泌大量細胞因子(cytokines),如SCF、SDF-1、G-CSF和IL-6,與造血幹細胞(hematopoietic stem cell,HSC)細胞膜上的受體結合,促進HSC的自我更新和分化;ASC還可以通過一些信號通路的配體調節細胞外基質(extracellular matrix,ECM),為HSC的增殖和自我更新提供良好的環境;此外,ASC也可以分泌細胞外膜泡(extracellular vesicles,EVs),內含大量的脂質、蛋白和RNA,如miRNA33(microRNA,mRNA)和miRNA145,調控HSC的細胞周期、凋亡和衰老[2]。
脂肪幹細胞對造血幹細胞(hematopoietic stem cell, HSC)的自我更新和分化的調控[2]。
間充質幹細胞(mesenchymal stem cells,MSC)廣泛存在於機體器官中,在體內外可以自我複製更新,具有分化為脂肪、骨、軟骨等多種類型細胞潛能的一類細胞,具有造血支持和免疫調控等功能,是一個較為理想的種子細胞。MSC除具有多向分化潛能外,還可以不斷分泌細胞因子、生長因子和免疫調節因子等,直接激活全身組織器官內的幹細胞,促進其自我更新和分化,提高機體修復和再生能力,進而改善疾病狀態、修復損傷和延緩衰老[3]。
臨床上用於幹細胞療法的MSC多來源於自體骨髓或臍帶血, 骨髓來源的幹細胞雖然具有較好的抗擊衰老能力,但取材不便,而臍帶血來源的MSC取材較早,較其他MSC具有更好的分化能力,適合用於衰老、心血管疾病、神經退行性疾病等的治療。目前,多個國家已著手建立臍帶血幹細胞庫,以預防成長過程可能患的重大疾病,就如同公民在剛出生時便為自己的健康買了「終身保險」。
小結
作為轉化醫學應用的一個重要分支,幹細胞療法雖具備一定潛力,但目前,並非所有的臨床研究均取得預期的效果,幹細胞行業屬於新興產業,需要規範管理,確保其來源、製備、存儲、多能性評估等過程的安全性,因此,幹細胞療法還有很長的路要走,我們仍需冷靜理智對待。對於前文提及的富豪乖乖掏出數百萬為之買單的行為,保持尊重、觀望即可。
註:本篇文章客觀敘述了幹細胞的一些潛力,不過別心動太早,對於「幹細胞治療」的種種市場亂象,時光派將在後續發文中一一扒出,敬請期待!同時歡迎在評論區與時光派科研團隊進行探討~懂得更多,才能排雷避坑,科學抗衰老!