隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高,抗衰老的要求日益增強(qiáng)。
而干細(xì)胞具有自我更新、多向分化和旁分泌因子分泌能力,在創(chuàng)傷修復(fù)、組織再生和抗衰老等臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,部分研究證實(shí),認(rèn)為補(bǔ)充干細(xì)胞是較為自然和直接的抗衰老方法。
衰老是一個普遍發(fā)生于絕大多數(shù)生物的病理生理過程,隨年齡增加而緩慢出現(xiàn)。衰老機(jī)體表現(xiàn)為正常生理功能的不可逆衰退,包括記憶力下降、反應(yīng)遲鈍、運(yùn)動能力減弱、相關(guān)激素分泌減少等多種臟器退行性變化,以及老年斑、皮膚褶皺、頭發(fā)稀疏變白等外在表現(xiàn),是生長抑制和獲得性軀體損傷的累積效應(yīng)。延緩衰老、永葆青春,自古以來就是人類不懈追求的目標(biāo)。
衰老機(jī)體中幾乎普遍存在的是組織結(jié)構(gòu)的改變,不僅在微觀和宏觀層面均有明顯表現(xiàn),而且伴隨著組織功能的損傷和對損傷的反應(yīng)缺失。細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位,衰老細(xì)胞是機(jī)體器官衰老、整體衰老的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),因此衰老細(xì)胞的再生成為抗衰老研究的主要方向。
干細(xì)胞具有自我更新和多向分化潛能,是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞再生的“種子”,機(jī)體可通過自身干細(xì)胞的增殖和分化實(shí)現(xiàn)細(xì)胞更新;但各個組織器官的干細(xì)胞數(shù)量會隨著年齡的增長而逐漸減少,增殖分化能力也會下降,故而受損的組織器官無法得到及時修復(fù),導(dǎo)致人體衰老或疾病的發(fā)生。而細(xì)胞療法之一的干細(xì)胞療法,為人類長生不老之夢提供了希望。
干細(xì)胞與衰老
構(gòu)成人體的200余種細(xì)胞中,大部分為終末分化細(xì)胞,高度分化使其失去了再分裂的能力,最終會衰老、死亡;但同時機(jī)體也保留了一部分未分化的原始細(xì)胞,即干細(xì)胞。這些細(xì)胞在特定條件下或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞,或者按一定的程序分化形成新的功能細(xì)胞,從而使組織和器官保持生長和衰退的動態(tài)平衡,當(dāng)衰退的進(jìn)程大于再生長的能力時表現(xiàn)為衰老;如果細(xì)胞再生能力更強(qiáng),那么組織衰老的進(jìn)程將被延緩甚至阻斷。
干細(xì)胞的功能、特點(diǎn)使得其在創(chuàng)傷修復(fù)、神經(jīng)再生和抗衰老等臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。已有研究證明,干細(xì)胞在心血管疾病、代謝病、帕金森氏綜合征、肝硬化、白血病等多種疾病的治療中療效顯著;而干細(xì)胞抗衰老更是《Science》雜志評選出的1999年度10大科學(xué)進(jìn)展之一,由此引發(fā)的“再生醫(yī)學(xué)”革命不容小覷。
可想而知,干細(xì)胞抗衰老效應(yīng)的發(fā)揮取決于是否能夠動員足夠數(shù)量的理想的干細(xì)胞。
干細(xì)胞在體內(nèi)的持久性使它們?nèi)菀资艿嚼匣嚓P(guān)毒性代謝物的累積損傷,許多組織中的干細(xì)胞隨著年齡的增長而發(fā)生深刻的變化,最終發(fā)生細(xì)胞死亡、衰老或再生功能的喪失,表現(xiàn)為衰老機(jī)體對組織損傷的遲鈍反應(yīng)、增殖活性的失調(diào)和細(xì)胞更新、組織再生功能的下降。老化機(jī)體中的干細(xì)胞承受的壓力主要來自體細(xì)胞基因突變、表觀遺傳變化和環(huán)境因素的壓力,活性氧(Reactive oxygen species,ROS)等衰老相關(guān)的毒性代謝物、DNA或蛋白質(zhì)損傷,都可影響干細(xì)胞的功能或數(shù)量。
向衰老機(jī)體中注入年輕機(jī)體的血液、限制熱量或延長壽命的藥物雷帕霉素的使用,也可在一定程度上增強(qiáng)衰老機(jī)體的干細(xì)胞功能,使衰老機(jī)體呈現(xiàn)更年輕的細(xì)胞狀態(tài)。其機(jī)制可能涉及表觀基因組的重新編程、炎性介質(zhì)減少、線粒體功能改善、干細(xì)胞增殖平衡等。
但正如受損DNA的修復(fù)需要識別主要調(diào)節(jié)基因、細(xì)胞的自體吞噬須選擇性可控等,由于機(jī)制和實(shí)現(xiàn)手段的復(fù)雜性,目前通過內(nèi)源性干細(xì)胞的干預(yù)實(shí)現(xiàn)抗衰老效應(yīng)還有很長的路要走。而干細(xì)胞抗衰老的另一個方向—使用外源成體干細(xì)胞糾正機(jī)體老化問題則研究較為廣泛、應(yīng)用較為成熟。
目前研究關(guān)注的幾種抗衰老干細(xì)胞大量研究發(fā)現(xiàn),存在于機(jī)體整個生命過程中的干細(xì)胞具有抗氧化、抗皺、促進(jìn)傷口愈合等功能。最直接的證據(jù)是,真皮多能干細(xì)胞(Dermal multipotent stem cells,DMSCs)通過提高I型膠原蛋白水平、增加皮膚厚度防止皮膚老化,并可與真皮干細(xì)胞(Dermal stem cells,DSCs)共同作用增加皮膚前體細(xì)胞的數(shù)量及表皮再生能力。
而可用于抗衰老的外源成體干細(xì)胞主要包括脂肪干細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和妊娠組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞;高度未分化的胚胎干細(xì)胞也有少量應(yīng)用,其中多能干細(xì)胞來源廣泛且不涉及倫理問題,成為目前國際上研究和應(yīng)用最多的干細(xì)胞種類。
可用于抗衰老的干細(xì)胞分類
(1)脂肪干細(xì)胞:脂肪組織是一種可再生的干細(xì)胞來源,多數(shù)脂肪干細(xì)胞來源于脂肪組織中的纖維組織和血管壁,少數(shù)游離于脂肪間。脂肪干細(xì)胞可分化成骨骼、脂肪、心肌、神經(jīng)等多種組織,同時釋放重要的生長因子、細(xì)胞因子來促進(jìn)傷口愈合、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、減少瘢痕形成和抗衰老。
在抗衰老應(yīng)用中,脂肪干細(xì)胞不僅可以作為填充劑,還可成為永久性的再生劑,其分化能力強(qiáng),因而抗衰老效果明顯,療效持久。在異體移植對衰老模型大鼠體內(nèi)自由基影響的動物實(shí)驗(yàn)揭示,經(jīng)靜脈注射脂肪源干細(xì)胞的大鼠體內(nèi)超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)水平升高,抗氧化能力增強(qiáng),衰老進(jìn)程得以延緩;脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞的移植對改善面部肌肉萎縮和面部脂溢患者的癥狀效果明顯,其與透明質(zhì)酸的聯(lián)合使用還能實(shí)現(xiàn)光老化皮膚的修復(fù)。
方便實(shí)現(xiàn)自體移植則是脂肪干細(xì)胞抗衰老應(yīng)用的無可替代的優(yōu)勢,使用過程中幾乎不存在安全性問題。
(2)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞:包括造血干細(xì)胞、間葉基質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等,是一個多能間充質(zhì)細(xì)胞的異質(zhì)群體,可用于電離輻射等所致組織損傷的修復(fù)及再生,在組織損傷的再生作用中,既可分化為功能性實(shí)質(zhì)細(xì)胞,又可為其他細(xì)胞創(chuàng)造生長的微環(huán)境。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞已作為疾病或損傷組織再生的有力工具,用于軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞等的潛在分化。
(3)妊娠組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞:具有比成體來源的間充質(zhì)干細(xì)胞更強(qiáng)的增殖能力,且干細(xì)胞產(chǎn)率高于骨髓,可調(diào)節(jié)多個生物學(xué)過程,如血管生成、形態(tài)發(fā)生、組織再生和細(xì)胞存活。作為基于細(xì)胞的組織再生療法的重要實(shí)現(xiàn)手段,這種外源性間充質(zhì)干細(xì)胞的移植對減少瘢痕、促進(jìn)組織再生的作用已在模型動物或臨床試驗(yàn)中得以顯現(xiàn)。
值得注意的是,臍血/臍帶中干細(xì)胞具有無腫瘤污染、增殖能力強(qiáng)、采集方便、免疫活性低、對供者無不利影響等優(yōu)點(diǎn),可以成為理想的抗衰老干細(xì)胞來源。
(4)胚胎干細(xì)胞:胚胎是多能干細(xì)胞的主要來源,可以誘導(dǎo)分化出血液、內(nèi)皮、心肌、骨骼、神經(jīng)等細(xì)胞。動物實(shí)驗(yàn)表明,人胚胎干細(xì)胞向衰老小鼠損傷組織植入,可產(chǎn)生激活抗衰老信號的可溶性蛋白,發(fā)揮抗衰老作用。但由于倫理學(xué)問題,胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用受限。
(5)其他:如人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs),也已證實(shí)可以治療特異性皮膚病。
一、干細(xì)胞抗衰老
干細(xì)胞抗衰老除了干細(xì)胞本身在組織微環(huán)境作用下,多向分化為組織細(xì)胞,替代衰老死亡的細(xì)胞外,還具有強(qiáng)大的分泌功能,分泌一些生長因子、細(xì)胞因子,提升機(jī)體抗自由基能力,發(fā)揮促進(jìn)血管生成及細(xì)胞增殖分化、抑制炎癥反應(yīng)及趨化性、調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附及遷移的功能,刺激組織細(xì)胞的再生、修復(fù)功能,加速傷口愈合和組織重塑,達(dá)到對抗衰老的目的。
(1)脂肪干細(xì)胞:可分泌多種具有神經(jīng)保護(hù)作用的因子,如金屬蛋白酶組織抑制因子-1(The tissue inhibitor of metalloproteinase-1,TIMP-1)及富含半胱氨酸型酸性蛋白(The secreted protein acidic and rich in cysteine,SPARC),通過對AKT Ser473磷酸化的影響,抑制光感受器損傷和視網(wǎng)膜功能障礙后的光致細(xì)胞死亡,在視網(wǎng)膜損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,有效糾正退行性視網(wǎng)膜病變。
脂肪干細(xì)胞分泌的其他細(xì)胞因子,如血管內(nèi)皮生長因子、表皮生長因子、纖維生長因子、抗纖維化的細(xì)胞因子等,主要通過促進(jìn)血管再生與血管穩(wěn)定、提升皮膚成纖維細(xì)胞的功能、免疫調(diào)節(jié)、中和活性氧等機(jī)制發(fā)揮作用。還可分化為各種皮膚細(xì)胞等,是目前抗衰老最具潛力、最實(shí)用的新手段。
(2)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞:生長因子的缺失可以誘導(dǎo)細(xì)胞自噬和衰老,并通過AKT、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases,ERK)信號通路的抑制下調(diào)細(xì)胞干性。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能夠分泌多種生長因子和細(xì)胞因子,甚至被比作生長因子工廠。這些生長因子和細(xì)胞因子可通過調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和分化發(fā)揮自分泌作用,如成纖維細(xì)胞生長因子2(Fibroblast growth factor 2,F(xiàn)GF-2)和FGF-4可快速誘導(dǎo)AKT的活化,隨后ERK被激活,細(xì)胞增殖能力大大提高,而肝細(xì)胞生長因子(Hepatocyte growth factor,HGF)維持著細(xì)胞分化潛能,從而促進(jìn)受損組織和器官的愈合。
間充質(zhì)干細(xì)胞還可以分泌白細(xì)胞介素6(Interleukin 6,IL-6)、IL-12、IL-14、白血病抑制因子、粒細(xì)胞集落刺激因子等造血功能必需的細(xì)胞因子,以及膠質(zhì)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子等神經(jīng)營養(yǎng)因子,從多個角度發(fā)揮抗衰老作用。
(3)妊娠組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞:從胎盤和臍帶組織中分離出的間充質(zhì)干細(xì)胞,經(jīng)體外培養(yǎng),其上清液中可檢測出多種血管生成、傷口愈合相關(guān)因子的分泌[28],包括IL-6、IL-8、轉(zhuǎn)化生長因β1(Transforming growthfactor-β1,TGF-β1)、單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte
chemoattractant protein 1,MCP-1)、血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(Granulocyte-macrophage colonystimulating factor,GM-CSF)等,為維持體內(nèi)微環(huán)境,以及在創(chuàng)傷和潰瘍治療的臨床應(yīng)用提供了分子基礎(chǔ)。
在眾多的細(xì)胞因子中,具美白作用的有TGF-β等;具抗皺作用的有TGF-β、HGF、VEGF、胰島素樣生長因子(Insulin-like growth factor,IGF)等;具傷口愈合作用的有VEGF、血小板源性生長因子(Platelet derived growth factor,PDGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(Basic fibroblast growth factor,bFGF)、HGF等;具抗氧化能力的有HGF、IGF、IL-6、色素上皮細(xì)胞衍生因子(Pigmentepithelium-derived factor,PEDF)、SOD等,干細(xì)胞激活因子在修復(fù)皮膚損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用[38]。
綜上所述,干細(xì)胞失能、衰老、丟失或凋亡導(dǎo)致了皮膚的老化。以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的治療,或輔以適當(dāng)?shù)乃幬?,可解除包括端粒酶變短、雌激素丟失、過量ROS產(chǎn)生在內(nèi)的信號級聯(lián),從而控制老化進(jìn)程。自我更新、多向分化和旁分泌因子的分泌正是各種干細(xì)胞發(fā)揮抗衰老作用、促進(jìn)皮膚再生的機(jī)制之所在。
干細(xì)胞的使用還存在一些不利的方面,像胚胎干細(xì)胞使用過程中的倫理學(xué)問題、大規(guī)模干細(xì)胞制備的標(biāo)準(zhǔn)問題等。鑒于這些認(rèn)識,來源于自身脂肪組織的再生細(xì)胞及其皮下組織的應(yīng)用有望成為皮膚再生的標(biāo)準(zhǔn)策略;為避免機(jī)體老化后干細(xì)胞干性減弱,進(jìn)行自體干細(xì)胞的早期儲存不失為一種明智的選擇,但亟需規(guī)范行業(yè)發(fā)展,完善管理辦法,保證質(zhì)量可控、評價標(biāo)準(zhǔn)可靠,特別是安全性和細(xì)胞干性的評價。
對于外源成體干細(xì)胞的抗衰老應(yīng)用,可以嘗試細(xì)胞因子替代療法,降低技術(shù)門檻。而從促進(jìn)干細(xì)胞動員的角度發(fā)現(xiàn)新的抗衰老干預(yù)靶點(diǎn),必將催生新型藥物的發(fā)展,乃至衰老機(jī)制的最終破解。
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