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衰老细胞或称“僵尸细胞”的独特之处在于，它们最终会停止繁殖，但不会像预期的那样死亡。
衰老细胞，或失去分裂能力的细胞，随着年龄的增长而增加，是导致与年龄相关的疾病，如癌症、痴呆和心血管疾病的主要原因。在一项新的研究中，由匹兹堡大学和UPMC希尔曼癌症中心的研究人员领导的团队发现了一种衰老或“僵尸”细胞发育的方法。这项研究最近发表在《Nature Structural & Molecular Biology》杂志上，首次证明了端粒的氧化损伤会导致细胞衰老。端粒是染色体的保护尖端，其行为就像鞋带末端的塑料帽。这些发现可能最终导致促进健康衰老或对抗癌症的新疗法。
“僵尸细胞仍然活着，但它们不能分裂，所以它们不能帮助补充组织，”皮特大学环境与职业健康、药理学和化学生物学教授、资深作者Patricia Opresko博士说。“虽然僵尸细胞不能正常工作，但它们积极分泌促进炎症和损害邻近细胞的化学物质。我们的研究有助于回答两个大问题:衰老细胞是如何随着年龄的增长而积累的，以及端粒是如何促成这一过程的?”
当一个健康的人类细胞分裂成两个完全相同的细胞时，每条染色体的顶端都会剪掉一点DNA，导致端粒随着每次分裂而变短。然而，一个细胞是否会在人的一生中分裂得如此频繁，以至于其端粒完全降解，导致类似僵尸的状况，目前尚不清楚。几十年来，科学家们已经知道端粒缩短会导致实验室培养的细胞衰老，但他们只能假设端粒上的DNA损伤会把细胞变成僵尸。
这一假设之前无法得到验证，因为用于损伤DNA的技术是非特异性的，会在整个染色体上造成损伤。
“我们的新工具就像一个分子狙击手，”Opresko实验室的博士后、第一作者Ryan Barnes博士解释说。“它只在端粒上造成氧化损伤。”为了提高这种精准度，研究小组使用了一种专门与端粒结合的特殊蛋白质。这种蛋白质就像捕手的手套，抓住研究人员扔进细胞的感光染料“棒球”。当被光激活时，这种染料会产生破坏DNA的活性氧分子。因为这种染色蛋白只与端粒结合，所以该工具会在染色体顶端产生DNA损伤。X型染色体被染成紫色，端粒在染色体顶端呈现为绿色斑点。当研究人员使用一种新的工具来诱导端粒的氧化损伤时，端粒会变得脆弱(绿色箭头)，导致细胞衰老。
在培养皿中培养的人类细胞中，研究人员发现，端粒的损伤使细胞在仅仅4天后就变成了僵尸状态——这比在实验室中通过端粒缩短来诱导衰老所需的细胞重复分裂数周或数月要快得多。
“我们发现了一种诱导细胞衰老的新机制，它完全依赖于端粒，”Opresko解释说。“这些发现也解决了为什么功能失调的端粒并不总是比功能正常的端粒短的谜题。”
阳光、酒精、吸烟、不良饮食和其他因素会产生破坏DNA的活性氧分子。细胞有修复DNA损伤的途径，但根据奥普拉斯科的说法，端粒对氧化损伤“极其敏感”。研究人员发现，端粒的损伤破坏了DNA复制，并诱导了导致衰老的应激信号通路路。
Barnes说:“既然我们了解了这一机制，我们就可以开始测试防止衰老的干预措施。例如，也许有办法将抗氧化剂靶向到端粒，以保护它们免受氧化损伤。”
这一发现也为开发一种名为senolytics的新药物提供了信息，这种药物可以锁定僵尸细胞并杀死它们。
他补充说:“通过减少导致退行性疾病的僵尸细胞的积累，我们可能能够提高‘健康寿命’——一个人健康的时间长度。”
参考文献:Telomeric 8-oxo-guanine drives rapid premature senescence in the absence of telomere shortening
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