干細(xì)胞與抗衰老

干細(xì)胞與抗衰老

0老齡化嚴(yán)重,抗衰老能力持續(xù)增加老齡化是21世紀(jì)三大全球社會(huì)問題之一。WHO對(duì)老齡化的定義是如果一個(gè)國家的60歲以上老年人口占人口總數(shù)的10%,或65歲以上老年人口占總?cè)丝跀?shù)的7%,即這個(gè)國家已經(jīng)步入老齡化階段。發(fā)達(dá)國家是最早步入老齡化階段的國家,自20世紀(jì)70年代以來,世界各國人口年齡結(jié)構(gòu)的老齡化過程存在著差異。數(shù)十年前人口學(xué)家考慮的問題是人口爆炸,認(rèn)為人口急劇增加,會(huì)給地球帶來巨大的壓力。然而數(shù)十年后,大家思考的問題是人口老齡化,老齡化問題將是嚴(yán)重的社會(huì)問題,其帶來的危機(jī)不亞于人口爆炸。歐洲、北美等國家的人口老齡化是由于其出生率和死亡率的降低,20世紀(jì)70年代中老年人口的比重已經(jīng)較高,在1970至2000年間老年人口累積增加,因而人口出現(xiàn)老齡化。法國是最先到達(dá)老齡化標(biāo)準(zhǔn)的國家,其原因是人口出生率下降,日本≥65歲的人口在1970年是7.1%,已經(jīng)進(jìn)入老齡化。東歐國家和地區(qū)的人口出生率和死亡率在1970至2000年間下降很快,導(dǎo)致青少年人口相對(duì)急劇減少,老年人口比重相對(duì)增加的局面,形成人口加速老齡化的現(xiàn)象。截至2006年底,中國老齡化人口已經(jīng)是惟一超過1億的國家,到2050年中國將在4個(gè)人中有一個(gè)老年人。目前研究認(rèn)為衰老和老年病的發(fā)生是相關(guān)聯(lián)的,二者具有相同的病理生理過程,如自由基損傷學(xué)說、免疫系統(tǒng)損傷、神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂、脂類及糖類代謝紊亂等。衰老后一些老年病如動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病、糖尿病、高血壓病、神經(jīng)變性疾病等的發(fā)生率明顯增加。因此衰老將導(dǎo)致老年病的發(fā)生率增加、患病率提高,這些老年病將嚴(yán)重影響老年人群的健康,需要占用更多的醫(yī)療資源,給中國經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)力帶來極大的沖擊。延緩衰老對(duì)中國目前的發(fā)展具有重要意義。自古以來衰老的機(jī)制有很多種,目前關(guān)于衰老的研究已經(jīng)步入到分子水平,如p16-INK4a被認(rèn)為是一種細(xì)胞衰老的重要生物學(xué)標(biāo)記,清除p16-INK4a陽性的細(xì)胞可以延緩衰老。目前認(rèn)為細(xì)胞衰老是一個(gè)與機(jī)體老化相伴的漸進(jìn)進(jìn)程,現(xiàn)在有多種關(guān)于人類細(xì)胞衰老分子假說如氧化損傷、端粒長度、發(fā)育程序、線粒體DNA、沉默信息調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合物和一些基因如p536和p16-INK4a,這兩種基因介導(dǎo)細(xì)胞衰老的信號(hào)通路如Wnt/catenin等。細(xì)胞衰老牽涉到很多生物分子的復(fù)雜機(jī)制,如能實(shí)現(xiàn)再生細(xì)胞代替衰老細(xì)胞,使細(xì)胞的再生和衰老實(shí)現(xiàn)均衡,延緩衰老有可能成為現(xiàn)實(shí)。1493至1541年,菲律賓的AuredusParacelsus首次提出細(xì)胞療法,通過輸入活細(xì)胞使機(jī)體獲得年輕化,自20世紀(jì)50年代,全世界已經(jīng)有數(shù)百萬人接受細(xì)胞療法。細(xì)胞療法其中之一即是干細(xì)胞療法,衰老進(jìn)程中干細(xì)胞不斷丟失,因此及時(shí)補(bǔ)充干細(xì)胞可使抗衰老成為可能。目前脂肪干細(xì)胞抗衰老已經(jīng)初步應(yīng)用于臨床并取得確切療效,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞等在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已被證實(shí)有抗衰老作用,文章為干細(xì)胞抗衰老機(jī)制研究提供理論基礎(chǔ),為干細(xì)胞應(yīng)用于抗衰老臨床治療提供理論依據(jù)。1數(shù)據(jù)和方法1.1干法抗衰老文獻(xiàn)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)由第一作者檢索萬方數(shù)據(jù)庫(2012年4月)和PubMed(1865年1月至2012年4月),檢索詞分別為“干細(xì)胞,抗衰老”,“stemcells,Progenitorcells,anti-aging”,語言分別設(shè)定為中文和英文。1.2納入和排除標(biāo)準(zhǔn)納入標(biāo)準(zhǔn):(1)干細(xì)胞功能文章。(2)衰老學(xué)說、機(jī)制研究文章。(3)干細(xì)胞抗衰老文章。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)與此文內(nèi)容無關(guān)的文章。(2)較陳舊的文章。(3)重復(fù)性研究。1.3重胞菌抗衰老作用文獻(xiàn)篩選由2人獨(dú)立提取并交叉核對(duì),如有分歧,通過討論解決分歧。信息記錄側(cè)重干細(xì)胞抗衰老作用。共檢索到121篇文獻(xiàn),按納入及排除標(biāo)準(zhǔn)篩選后,共納入53篇文獻(xiàn)。2生理指標(biāo)的提出衰老是指在生物發(fā)育成熟后,隨年齡增加,機(jī)體功能減退,內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定能力與應(yīng)激能力下降,結(jié)構(gòu)、組分逐步退行性變,趨向死亡。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道單細(xì)胞生物如酵母,亦出現(xiàn)衰老傾向,疾病或異常因素可引起病理性衰老,使上述現(xiàn)象提早出現(xiàn)。伴隨著衰老,一些器官的生理功能發(fā)生變化甚至?xí)l(fā)生病變,如高血壓、慢性冠狀動(dòng)脈粥樣硬化及糖尿病等,因此衰老是一個(gè)重要的研究課題。本文從衰老標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定,干細(xì)胞定義,干細(xì)胞抗衰老研究概況,目前經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)有抗衰老作用的幾種干細(xì)胞及血管內(nèi)皮祖細(xì)胞抗衰老的可能機(jī)制方面進(jìn)行闡述。2.1目前關(guān)于常用的幾種主張關(guān)于衰老的幾種學(xué)說:遺傳控制說、自由基損傷說、代謝產(chǎn)物交聯(lián)說、體細(xì)胞突變說、差錯(cuò)積累說、免疫紊亂說、端?？s短等。目前較為關(guān)注的是基因控制學(xué)說(非單基因而是一組基因決定、衰老基因可能是一個(gè)基因組),內(nèi)外環(huán)境環(huán)境控制學(xué)說(神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)、體液、激素等)。關(guān)于衰老的評(píng)定簡要從以下方面介紹。2.1.1抗氧化酶系統(tǒng)1950年DenhamHarman提出自由基衰老理論,該學(xué)說認(rèn)為作為細(xì)胞代謝產(chǎn)生的一部分自由基,在人體衰老中起很重要的作用,羥基自由基和雙氧水對(duì)衰老有很大作用。線粒體產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)超氧陰離子和雙氧水引起衰老。在衰老過程中自由基的產(chǎn)生也與氮氧化物、腺嘌呤、磷酸氧化物、低水平的抗氧化劑有關(guān),例如胞外超氧化物歧化酶,谷胱甘肽過氧化氫酶活力。超氧化物歧化酶是體內(nèi)自由基防御體系中最重要的酶類抗氧化劑,它可直接清除超氧陰離子自由基,阻斷自由基連鎖反應(yīng),保護(hù)組織免受超氧陰離子自由基的損傷,超氧化物歧化酶活力的高低間接反應(yīng)機(jī)體抗氧化的能力,即反應(yīng)機(jī)體抗衰老能力。具體可見圖1。2.1.2胰島素樣生長因子與年齡的關(guān)系隨著機(jī)體衰老,生長激素、甲狀腺素、胰島素樣生長因子1等激素濃度降低。Hesse研究表明胰島素樣生長因子1水平與年齡呈負(fù)相關(guān),Quevedo等證實(shí)了胰島素樣生長因子1通過磷脂酰肌醇-3酶和GSR-3酶介導(dǎo)的eIF-2B對(duì)神經(jīng)元的作用,從而也證實(shí)了胰島素樣生長因子1與衰老有關(guān)。人類的衰老和血液中的生長激素濃度相關(guān),生長激素調(diào)整療法已經(jīng)被證實(shí)有抗衰老作用。2.1.3衰老對(duì)動(dòng)物的影響Wolford在20世紀(jì)60年代首先提出衰老的免疫學(xué)假說,認(rèn)為免疫系統(tǒng)從根本上參加了正常脊椎動(dòng)物的衰老過程,是衰老過程的主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一。衰老使老年人及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的免疫功能(細(xì)胞免疫和體液免疫)下降?？梢酝ㄟ^免疫球蛋白(IgA、IgG、IgM)測(cè)定免疫系統(tǒng)機(jī)能。2.1.4對(duì)未來的情緒、情緒、記憶的評(píng)價(jià)胡寒春等編制適合中國中老年人的衰老自評(píng)量表(AAS),從衰老生理變化、情緒改變、記憶變化、自我評(píng)價(jià)的變化、對(duì)過往事情的追憶程度、思維靈活性的改變和對(duì)將來的期望與態(tài)度7個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外可以通過以下量表評(píng)定機(jī)體功能狀態(tài):匹茲堡睡眠指數(shù)(PSQI)、簡明疲勞量表(BFI-C)等。2.1.5其他如機(jī)體的心功能、肺功能、骨骼密度等方面,隨機(jī)體的衰老,心功能及肺功能會(huì)改變及降低,骨骼的密度也會(huì)下降,機(jī)體承受外界壓力的能力降低。2.2干燥器2.2.1有機(jī)溶劑的細(xì)胞干細(xì)胞是具有自我更新能力和多向分化能力的細(xì)胞。按干細(xì)胞來源及分化潛能,干細(xì)胞可分為全能干細(xì)胞和特定組織干細(xì)胞(成體干細(xì)胞來源于成體組織如脂肪組織、外周血、骨骼、皮膚和肝臟等)。前者能發(fā)育分化形成完整的機(jī)體,后者是一種或幾種組織的起源細(xì)胞。按其分化的差異性分為全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞、專能干細(xì)胞,圖2為成體干細(xì)胞來源圖解。目前,已經(jīng)從許多組織或器官中成功地分離出干細(xì)胞,其中包括:胚胎干細(xì)胞、造血干細(xì)胞和骨髓間質(zhì)干細(xì)胞等。此外,還有近來研究漸多的神經(jīng)干細(xì)胞、肌肉干細(xì)胞、成骨干細(xì)胞、內(nèi)胚層干細(xì)胞及視網(wǎng)膜干細(xì)胞、血管內(nèi)皮祖細(xì)胞等。2.2.2細(xì)胞凋亡和抗氧化酶系統(tǒng)在美國《science》雜志評(píng)選出的1999年度10大科學(xué)進(jìn)展中,干細(xì)胞的研究工作格外令人矚目。一方面揭示了許多有關(guān)細(xì)胞生長和發(fā)育的基礎(chǔ)理論難題;另一方面,干細(xì)胞可望將其用于創(chuàng)傷修復(fù)、神經(jīng)再生和抗衰老等臨床醫(yī)學(xué)研究。2007年英國科學(xué)家Anastasia在自然雜志撰文指出成體干細(xì)胞對(duì)人體自我修復(fù)和組織再生至關(guān)重要,成體干細(xì)胞減少是人體衰老的主要原因。纖維母細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞及血小板豐富的血漿、培養(yǎng)的真皮乳頭細(xì)胞在臨床已經(jīng)被成功的用于抗衰老。21世紀(jì)初,英國西德的尼布倫納、美國的H羅伯特霍維茨和英國的約翰E蘇爾頓3位諾貝爾獲得者發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡的規(guī)律。人體清除自由基產(chǎn)生抗氧化酶物質(zhì),與年齡成負(fù)相關(guān),隨著年齡增加,抗氧化物質(zhì)減少,細(xì)胞死亡加速。干細(xì)胞內(nèi)含有幾十種促使人體細(xì)胞代謝的分化酶,這些分化酶具有提高人體的抗自由基能力。這些活性因子包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化氫酶和豐富的核酸、褪黑素、腦腺肽、表皮生長因子、表皮細(xì)胞修復(fù)因子及多種氨基酸和人體所需要的微量元素,具有維持活細(xì)胞和死亡細(xì)胞能力數(shù)量平衡。2.3目前，一些抗衰老干2.3.1皮生長因子的表達(dá)整個(gè)生命過程中,當(dāng)成年人干細(xì)胞存在時(shí),組織修復(fù)和再生可能進(jìn)行。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,均能對(duì)組織進(jìn)行修復(fù)及再生。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能增加血管內(nèi)皮生長因子等的表達(dá),在大鼠腎臟抗衰老方面起重要作用。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在衰老組織器官的歸巢見圖3。成年組織干細(xì)胞有助于提高內(nèi)生細(xì)胞再生能力或者轉(zhuǎn)移細(xì)胞修復(fù)損失及病變組織的能力。大量研究表明成年人干細(xì)胞類型和功能特性的變化可能隨著年齡的增長有病變發(fā)生。特別是氧化代謝應(yīng)激和慢性抑郁作用增加端粒的消耗及在DNA修復(fù)方面的消耗,會(huì)引起DNA的破壞和基因的不穩(wěn)定,導(dǎo)致在復(fù)制過程中發(fā)生衰老和死亡。修復(fù)衰老可以用來預(yù)防與衰老相關(guān)的紊亂,包括造血免疫紊亂,心力衰竭及心血管病神經(jīng)功能降低癥、肌肉和腸道疾病、動(dòng)脈粥樣硬化及惡性腫瘤等疾病。2.3.2不同途徑輸注人各組細(xì)胞的活性1974年Kandlzon等首先發(fā)現(xiàn)臍血中含有造血祖細(xì)胞。隨后1982年Nakahata等發(fā)現(xiàn)臍血中的造血祖細(xì)胞的產(chǎn)率高于骨髓。Cardoso等比較了骨髓和臍血CD34+、CD38-細(xì)胞群的分化增殖能力和在長時(shí)間培養(yǎng)中產(chǎn)生早期祖細(xì)胞的能力。在臍血中CD34+、CD38-組分占CD34+群的4%,而在骨髓中只占1%,臍血可能含相對(duì)豐富的干細(xì)胞。2009年羅利民等以新生兒臍血分離出的間質(zhì)干細(xì)胞,通過尾靜脈輸入60Coγ射線照射小鼠體內(nèi),照射后當(dāng)天再次輸注人臍血間質(zhì)干細(xì)胞,證實(shí)臍血間質(zhì)干細(xì)胞靜脈輸注對(duì)輻射造成的脾細(xì)胞損傷有一定保護(hù)作用,可促進(jìn)脾臟細(xì)胞分裂增殖,加速脾臟細(xì)胞修復(fù)。由此可見臍血中干細(xì)胞含量較骨髓中豐富,可以成為抗衰老干細(xì)胞的一個(gè)重要來源。2.3.3亞急性衰老試驗(yàn)Zuk等于2001年發(fā)現(xiàn)脂肪組織中除了含有已經(jīng)定型的前脂肪細(xì)胞外,也包含一種具有多方向分化潛能的細(xì)胞群,其性質(zhì)與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相似,這種細(xì)胞可以分化成多種組織如骨骼、軟骨、脂肪、心肌、神經(jīng)等組織,同時(shí)可以促進(jìn)傷口愈合、損傷組織細(xì)胞再生和減少瘢痕的能力及抗衰老能力。楊春等將脂肪源干細(xì)胞經(jīng)尾靜脈輸入亞急性衰老治療組大鼠中,結(jié)果顯示治療組大鼠血清超氧化物歧化酶、一氧化氮、白細(xì)胞介素2水平及脾臟指數(shù)均有所提高,而丙二醛含量顯著降低。證實(shí)異體移植脂肪源干細(xì)胞可有效增強(qiáng)大鼠機(jī)體清除自由基和抗氧化能力,提高機(jī)體免疫功能,延緩D-半乳糖誘發(fā)的大鼠衰老。脂肪干細(xì)胞是可以分化成幾十種成體干細(xì)胞的多能干細(xì)胞。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上,少數(shù)游離于脂肪間。脂肪來源的干細(xì)胞分化能力強(qiáng),抗衰老效果明顯,療效持久。脂肪干細(xì)胞在臨床應(yīng)用中,不僅是填充劑作用,而且可成為永久性再生劑。2.3.4維護(hù)組織自我更新的能力精子的形成是一個(gè)經(jīng)典的依賴于組織自我更新的特殊組織干細(xì)胞。精子干細(xì)胞的分化被周圍環(huán)境的生長因子影響著,用這種干細(xì)胞作為抗衰老藥,越來越多的認(rèn)識(shí)到干細(xì)胞具有維護(hù)組織自我更新的能力。早在1889年,72歲的布朗按照生殖細(xì)胞丟失論的學(xué)說曾給自己注射狗睪丸的懸浮液,并在一次國際學(xué)術(shù)大會(huì)上作了報(bào)告,說他獲得了復(fù)壯。奧登斯曾用核酸(DNA+RNA)給大白鼠注射,結(jié)果使其壽命延長了1倍。亦有研究認(rèn)為衰老即是生殖干細(xì)胞的丟失,生殖干細(xì)胞的補(bǔ)充具有延緩衰老的作用。2.3.5抗衰老作用機(jī)制20世紀(jì)80年代初英國劍橋大學(xué)的Evans和Kaufman用延緩著床的胚泡、美國加州大學(xué)舊金山分校的Martin用條件培養(yǎng)基分別成功分離、體外培養(yǎng)了小鼠早期胚胎的內(nèi)團(tuán)細(xì)胞或上胚層細(xì)胞,建立了胚胎干細(xì)胞系。人胚胎干細(xì)胞是多能干細(xì)胞的主要來源,研究人員已經(jīng)通過干細(xì)胞培養(yǎng)出血液、內(nèi)皮、心肌、骨骼、神經(jīng)細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)證明給衰老小鼠損傷組織植入人胚胎干細(xì)胞,胚胎干細(xì)胞有固有的抗衰老作用,可以產(chǎn)生可溶性的蛋白,這種物質(zhì)是MAPK路徑中抗衰老的信號(hào)。Notch活性激活,或者M(jìn)APK通路,TGF信號(hào)衰減能喚醒衰老組織的有絲分裂,這種分裂是組織干細(xì)胞修復(fù)的一個(gè)關(guān)鍵部分。2002至2004年美國Nebraska大學(xué)醫(yī)學(xué)美容整形外科(深圳陽光醫(yī)療美容中心)168名人員進(jìn)行肌肉靜脈注射,每周3次,每次1-3mL,連續(xù)4-40d,研究結(jié)果顯示受試的對(duì)象免疫系統(tǒng)、睡眠、皮膚、乳房、器官衰老、更年期等癥狀都得到改善,見圖4。證實(shí)胚胎干細(xì)胞具有抗衰老的作用。但由于倫理學(xué)問題,胚胎干細(xì)胞應(yīng)用于臨床受限。2.4血管內(nèi)皮祖細(xì)胞血管內(nèi)皮祖細(xì)胞應(yīng)用于治療缺血性疾病的臨床實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有十年的歷史,近幾年,關(guān)于血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的臨床應(yīng)用研究,文獻(xiàn)報(bào)道主要應(yīng)用在急性心肌梗死、難治性心絞痛、肢體缺血、慢性肝病、腦血管病、糖尿病、外周動(dòng)脈疾病、風(fēng)濕病及肺動(dòng)脈高壓病等疾病。1997年,Asahara在Science中報(bào)道,人體外周血中分離出表達(dá)CD34+和VEGFR-2的細(xì)胞,這些細(xì)胞能在體外培養(yǎng)分化為內(nèi)皮細(xì)胞,并形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)。隨后人們從骨髓和臍血中分離出血管內(nèi)皮祖細(xì)胞,且證實(shí)外周血血管內(nèi)皮祖細(xì)胞來源于骨髓。血管內(nèi)皮祖細(xì)胞是血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體,具有遷移特性,能進(jìn)一步增殖為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞。Aoki等首次應(yīng)用血管內(nèi)皮祖細(xì)胞在冠狀動(dòng)脈支架上,形成功能內(nèi)膜覆蓋在支架上,然后應(yīng)用于臨床試驗(yàn),并證明治療效果優(yōu)于單純支架介入治療。由此可見血管內(nèi)皮祖細(xì)胞可以分化為內(nèi)皮細(xì)胞系,有修復(fù)受損內(nèi)皮細(xì)胞,減輕組織缺血、降低高脂血癥等對(duì)血管內(nèi)皮的損傷,降低冠心病、肢體缺血等的發(fā)病率和致死率,改善組織缺血等提高機(jī)體功能。有研究認(rèn)為血管內(nèi)皮祖細(xì)胞通過調(diào)整血管平滑肌的收縮,調(diào)整血流速度和流量,減輕炎癥反應(yīng),可以提高性功能。此外據(jù)研究,血管內(nèi)皮祖細(xì)胞具有分泌血管內(nèi)皮生長因子、肝細(xì)胞生長因子、胰島素樣生長因子1的能力,這些因子可對(duì)抗機(jī)體抗衰老。He等研究老年人血清中血管內(nèi)皮祖細(xì)胞表達(dá)的抗自由基產(chǎn)物谷胱甘肽過氧化物酶的量較年輕人血液中血管內(nèi)皮祖細(xì)胞表達(dá)的谷胱甘肽過氧化物酶少,見圖5。通過以上血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的幾種臨床作用,推測(cè)其具有臨床抗衰老作用。3自體聯(lián)合抗衰老能力的研究自古以來,延年益壽,永葆青春,是人類一直以來的追求。中國人口快速轉(zhuǎn)變的過程中,亞洲各國也經(jīng)歷了生育模式和死亡模式的快速轉(zhuǎn)變,人口老齡化格局發(fā)生了重要變化,通過各種比較,中國在未來的60年可能成為亞洲國家中,老齡化速度較快,老齡化程度較高,老齡化規(guī)模較大的一個(gè)國家。目前醫(yī)學(xué)界已經(jīng)開始應(yīng)對(duì)老齡化所帶來的挑戰(zhàn),建立健全的醫(yī)療保健保障制度等,但這不能從根本上解決衰老所帶來的各種問題,由此看來目前研究延緩衰老技術(shù)的意義重大。衰老可以分為生理性衰老和病