引言
随着研究的不断发展,人们已经认识到,年龄越大,人体内干细胞的含量就越低;并且随着年龄增长,人体干细胞的功能表现越差,分化能力也有所下降。根据发表的文献,80岁时人体内的MSCs数量仅为新生儿期的1/200左右。同时文献也表明,年龄对间充质干细胞的功能特性具有深远影响,不仅限制了其在临床应用中的扩增效率和分化潜能,还加剧了细胞老化等现象,从而严重影响了治疗效果的稳定性和安全性。提前储存自体间充质干细胞,成为了一种前瞻性的策略,旨在规避因年龄增长而可能导致的细胞损伤。
每个细胞都像我们人体一样,有它自己的“生命时钟”,从出生到长大再到老去。细胞生命周期各异,影响人体各阶段的生理状态。
近年来,随着医疗科学的不断进步与研究,间充质干细胞(MSCs)被证明在组织修复以及维持人体健康中发挥着重要的作用。然而,研究者们发现随着人们的年纪渐长,人体内的间充质干细胞的数量与功能也会随之趋于衰退。
这是生命法则中不可逆转的自然规律,这同时也鞭策着研究者们加大对健康维护与抗衰老策略的关注。
从0岁到80岁,间充质干细胞数量的变化 间充质干细胞广泛存在于人体的各个组织中,包括骨髓、脂肪、脐带和胎盘等组织。随着研究的不断发展,人们已经认识到,年龄越大,人体内干细胞的含量就越低;并且随着年龄增长,人体干细胞的功能表现越差,分化能力也有所下降。 2007年,间充质干细胞之父Arnold Caplan测定了不同年龄段的骨髓MSCs的含量[1]。结果表明,人体内的MSCs数量随着年龄的增长而逐渐减少。如下图所示,从出生到80岁,机体MSCs的含量会呈现出明显的下降趋势。 数据显示,在新生儿体内,每1万个骨髓细胞里就有1个是MSC,30岁的时候每25万个骨髓细胞里有1个MSC,50岁时每40万个骨髓细胞里有一个MSC,到了80岁,每200万个骨髓细胞里只能挑出一个。 (图片来自参考文献1) 研究还指出个体从出生到80岁,MSCs的含量变化可以主要分为以下三个阶段: (1) 新生儿期到成年初期(0-20岁):在新生儿和儿童期,人体内的MSCs含量相对较高,每集落形成单位的MSC骨髓滴度为0.01%。 这一时期的干细胞具有极强的增殖能力和多向分化潜力,能够高效地支持快速生长和组织修复。这也是为什么儿童在受到损伤后通常能够更快地愈合。 (2) 成年期(20-50岁):随着个体进入成年期,MSCs的数量开始逐渐减少,青少年时期人体内的MSCs数量约为出生时的1/10,30岁的时候约为出生时的1/25,到了50岁的时候这个比值就会降至1/40。 尽管如此,成年期的干细胞仍然能够有效地支持大部分组织的正常修复和维护。然而,这一时期的MSCs增殖能力和多向分化潜力已不如儿童期强大,因此成人在面对严重损伤或慢性疾病时,修复速度和效果可能不如年轻时。 (3) 老年期(50-80岁):在老年期,机体的MSCs的数量进一步大幅减少。据研究,80岁时人体内的MSCs数量仅为新生儿期的1/200左右。 这一显著的减少不仅影响了骨骼和软骨等组织的再生能力,还影响了机体对抗损伤和疾病的能力,使得老年人面临更高的慢性疾病和损伤风险。因此,老年人更易出现骨质疏松、关节炎等与组织退化相关的疾病。 文献表明: 年轻的间充质干细胞更有益处, 提前存储可避免年龄带来的细胞损伤 间充质干细胞因其强大的自我更新能力以及分化能力在再生医学中已经具有广泛的应用前景。如下图所示[2],MSCs在多系统临床疾病的诊疗过程中已经展现出了巨大的治疗潜力。 (图片来自参考文献2) 但MSCs在临床疾病诊疗过程中发挥的作用总是不尽相同的,这大部分可以归因为一个常常被大家所忽略的问题,那就是由于MSCs质量的不同。近年来,越来越多的研究发现,年龄对间充质干细胞的功能和质量产生很大的影响。 Choudhery M S团队等人在“Journal of Translational Medicine”杂志上发布的研究就探讨了不同年龄段(年轻、中年和老年)来源的间充质干细胞(MSCs)的扩增和分化能力的差异。 研究者将参与者按照年龄分为3组,年轻组(<30岁)、成人组(35-50岁)和老年组(>60岁),并对他们的MSCs进行扩增和体外分化潜力等检测,主要结果如下图所示[3]。 (图片来自参考文献3) 从以上的结果我们可以很容易的看出,年轻个体的MSCs细胞在体外培养时,能够在较短的时间内完成更多的细胞分裂循环从而快速增殖并形成更大的细胞群,且年轻个体中的MSCs在成骨分化过程中能够形成更多的钙化结节,这表明它们在骨组织再生中具有更高的潜力。在软骨分化,神经分化方面,年轻个体的MSCs也展示着不同程度的益处。 此前,《Journal of Cellular Physiology》上发表的一篇名为“Adult Mesenchymal Stem Cells for Tissue Engineering Versus Regenerative Medicine”的综述研究就深刻揭示了年龄增长对间充质干细胞的数量及功能造成的不利影响[1]。 研究人员认为,年龄对间充质干细胞的功能特性具有深远影响,不仅限制了其在临床应用中的扩增效率和分化潜能,还加剧了细胞老化等现象,从而严重影响了治疗效果的稳定性和安全性。 细胞老化是影响MSCs功能的一个重要因素。随着年龄的增加,细胞内累积的氧化应激和DNA损伤增加,导致细胞老化的发生。 图片来自文献[4] 结果表明,老年个体中的MSCs在这些老化指标上较年轻个体均表现出显著增加,这与MSCs增殖能力下降和分化潜力减弱相一致。 研究还进一步指出,鉴于间充质干细胞在低温条件下能够长期保存而不丧失其增殖与分化潜能,因此提前储存自体间充质干细胞,成为了一种前瞻性的策略,旨在规避因年龄累积而可能导致的细胞损伤。
在实验中,研究人员通过检测细胞内的β-半乳糖苷酶活性、p16和p21基因表达水平等指标来评估细胞的老化程度(实验结果见下图)。
小结
综上所述,间充质干细胞的数量与功能随年龄增长而衰退,这一现象不仅揭示了生命科学的深刻奥秘,也为我们理解健康维护与抗衰老策略提供了重要视角。
面对这一自然规律,提前储存自体间充质干细胞可能会成为未来一种前瞻性的健康保障手段,旨在为未来可能面临的健康挑战储备宝贵的“生命资源”。
同时,进一步深入研究间充质干细胞的增殖、分化机制及其在不同年龄段的变化规律,将有助于我们开发出更加精准、高效的医疗手段,以应对衰老带来的各种健康问题,提升人类生命质量。相信在这个过程中,科技的力量将会不断推动我们向更加健康、长寿的未来迈进。
参考文献:
[1] Caplan AI. Adult mesenchymal stem cells for tissue engineering versus regenerative medicine. J Cell Physiol. 2007 Nov;213(2):341-7. doi: 10.1002/jcp.21200. PMID: 17620285.
链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17620285/
[2]Clinical utility of mesenchymal stem/stromal cells in regenerative medicine and cellular therapy | Journal of Biological Engineering[EB/OL]. [2024-07-15].
链接:https://link.springer.com/article/10.1186/s13036-023-00361-9#citeas.
[3]Choudhery M S, Badowski M, Muise A, et al. Donor age negatively impacts adipose tissue-derived mesenchymal stem cell expansion and differentiation[J]. Journal of Translational Medicine, 2014, 12(1): 8.
链接:https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/1479-5876-12-8
[4] Choudhery M S, Badowski M, Muise A, et al. Donor age negatively impacts adipose tissue-derived mesenchymal stem cell expansion and differentiation[J]. Journal of Translational Medicine, 2014, 12(1): 8.
链接:https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/1479-5876-12-8
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