四岁停止发育,断肢还能再生,这只“超大号的婴儿”或许能帮助我们抵抗衰老

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划重点

01墨西哥钝口螈在4岁时停止一种关键的衰老机制——表观遗传时钟,从而表现出持续幼态。

02研究发现,墨西哥钝口螈的再生能力与停止衰老的奥秘可能有关。

03由于此,科学家们正在努力了解墨西哥钝口螈的遗传学,以开发细胞、肌肉甚至肢体再生的药物。

04另一方面,这项研究可能为再生医学带来新的可能性,如促进伤口愈合、肢体再生和截肢手术。

05总体来说,这项研究为抵抗衰老和再生提供了新的希望。

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地球是一个奇迹
科技|墨西哥
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粉色的墨西哥钝口螈会提前停止衰老,并可以再生四肢。研究这些物种可能是解锁人类有效抗衰的下一步。|ISTOCK / GETTY IMAGES PLUS

对人类来说,衰老是无可避免的。但两栖动物墨西哥钝口螈(Ambystoma mexicanum)似乎在某种程度上避免了这种宿命。

墨西哥钝口螈,俗称“六角恐龙”,从未进入成体阶段,它们看起来就像是超大号的婴儿,这种现象被称为“持续幼态”(neoteny)

这些长着毛茸茸的鳃和背鳍的濒危生物,不仅外表年轻,而且在长达21年的寿命中,历经的生理衰退和疾病也很少,甚至可以再生肢体和器官。

因此,人工饲养的墨西哥钝口螈常被生物学家作为研究对象,他们痴迷于这些生物能够抵抗衰老的能力。

现在,一项新的研究揭开了这些神奇生物的另一谜团。当它们4岁时,身体就会停止一种关键的衰老机制——表观遗传时钟(epigenetic clock)

表观遗传时钟是根据生活事件(如压力或饮食)来估计动物年龄的。例如,一只动物经历了很多创伤,它的表观遗传年龄(或称生物时钟)可能比其实际年龄大得多。

该研究发表在生物学网站bioRxiv上。研究称,这些发现可能使人类在寻求衰老机制中又迈出一步。据估计,追求青春拥有巨大的市场,到2032年抗衰行业将从目前的400亿美元增长到600亿美元。

更重要的是,了解墨西哥钝口螈的遗传学可能有助于开发细胞、肌肉甚至肢体再生的药物。

“这对衰老和再生来说是一个巨大的飞跃,”缅因州MDI生物实验室免疫学家詹姆斯·戈德温(James Godwin)说,他没有参与这项新研究。“如果能了解这些机制,那么许多改善人类健康的机会就会出现。”


表观遗传钟

加州阿尔托斯实验室(Altos Labs)的遗传学家、该研究的合著者史蒂夫·霍瓦特(Steve Horvath)专门研究墨西哥钝口螈表观遗传过程。

当身体向DNA添加或移除化学物质时就会发生DNA甲基化,可以在不改变DNA序列的情况下影响基因的表达。

2013年,他开发了一种算法,可以根据组织或体液来准确判断机体的实际年龄,其误差在3.6岁以内。目前,这是最好的判断年龄的方法之一。

有趣的是,DNA甲基化分析也可以判断机体的生物年龄,即判断机体功能是否与实际年龄相符(更年轻或更衰老)例如,脂肪肝患者的“生物时钟”会走的比常人更快,而百岁老人则走的比较慢。

为了发现为什么墨西哥钝口螈与人类如此不同,霍尔瓦特与德国德累斯顿工业大学(Dresden University)的生物学家马克西米娜·尹(Maximina Yun)合作。尹多年来一直研究墨西哥钝口螈。他们创建了第一个墨西哥钝口螈表观遗传时钟。

在尹的实验室,研究小组研究了180只从4周到21岁不等的墨西哥钝口螈。令人惊讶的是,科学家们只能为墨西哥钝口螈最初的四年创造一个可靠的表观遗传时钟。从那以后,化学标记物就保持不变了,好像动物处于停滞发育的状态。

“这令人惊讶,我几乎不敢相信,”霍尔瓦特说。“根据表观遗传变化,墨西哥钝口螈似乎在4岁时停止了衰老,这让我感到非常着迷。”


重生状态

随后,研究小组为墨西哥钝口螈和人类建立了双重表观遗传时钟,通过追踪它们的DNA甲基化来计算两种生物的衰老过程。

“新颖之处在于,我们开发出了一种同时适用于人类和墨西哥钝口螈的时钟,”霍尔瓦特解释说。这种双重时钟揭示,墨西哥钝口螈和人类的衰老方式类似,但这种两栖动物却可以神秘地停止这一过程。

科学家表示,再生可能是关键,因为墨西哥钝口螈的再生能力似乎与它停止衰老的奥秘有某种联系。

在另一项实验中,DNA分析显示,墨西哥钝口螈再生后的肢体明显比其他部位年轻。换句话说,新的组织基本上恢复到了早期发育的阶段。

“我们认为这可能与表观遗传有关,”尹说。“但这需要更多的研究。”


对人类健康的潜在影响

这项研究可能为再生医学带来新的可能性。当哺乳动物还是胚胎的时候,在其受伤后会再生新的组织,而不是用疤痕修复伤口,但这种能力会随着年龄的增长而丧失。

相反,墨西哥钝口螈一生都有再生组织的能力。如果科学家们能够理解其中的机制,将有助于促进伤口愈合、肢体再生和截肢手术。

“精确定位四岁左右的生物事件,即墨西哥钝口螈停止衰老的时间点,对于复制其再生能力至关重要,”杜克大学医学院(Duke University School of Medicine)矫形外科与病理学教授维吉尼亚·拜尔斯·克劳斯(Virginia Byers Kraus)说,她并未参与该论文的撰写。

更重要的是,随着年龄增长,我们的衰老细胞(通常被称为僵尸细胞)停止分裂,却在体内滞留,从而导致炎症发生,是癌症和其他疾病的风险因素。

墨西哥钝口螈很少这类僵尸细胞,这可能是因为它们具有再生能力。总的来说,这项研究“让我们看到了希望,如果我们能够弄清楚它们是如何停止衰老的,也许我们可以在其他生物体上复制这一过程,”尹说。



撰文:Sarah Philip
编译:Arvin
编辑:Arvin


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