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上萬個女性眼瞼細胞“吐露”衰老的秘密

2020年12月08日08:15 | 來源:科技日報
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原標題:上萬個女性眼瞼細胞“吐露”衰老的秘密

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無論輕熟女還是“白骨精”,弄潮女性最關心的問題卻總是同一個——究竟是什麼決定了年輕態?

11月25日,我國科學家在《發育細胞》雜志上發表研究論文稱,他們用目前精度最高的生物技術對這個關鍵的問題進行了解答。

“我們對35678個眼瞼皮膚細胞進行了單細胞測序,獲得了大約530個GB的數據。”論文通訊作者之一、中國科學院北京基因組研究所研究員張維綺告訴科技日報記者,他們與中國科學院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組合作,通過分析單細胞測序技術獲得的基因表達數據,從上萬個細胞中找到了年輕皮膚細胞與衰老皮膚細胞在分子水平上的區別,鎖定了決定年輕與否的關鍵因子。

眼瞼皮膚蘊含你的年齡秘密

“在全身的皮膚中,臉部皮膚的衰老非常明顯。”張維綺解釋,而在衰老的過程中,眼瞼又最為明顯。眼瞼皮膚的衰老是全身衰老的“先鋒隊”和“縮影”。

“有研究表明,AI人臉識別的模型中就包括了眼部皮膚的識別模型,這種模型通過人臉識別的方法,能夠較為精確地預測人的年齡。”張維綺說。

正因為如此,研究團隊在諸多人體細胞中,選擇了人類的眼瞼細胞作為研究對象。“我們的樣本來自整形醫院的重瞼術。”張維綺說,這使得關於衰老的研究能夠在人體細胞上直接進行,而此前的大部分研究是基於實驗動物,難以准確揭示人體內衰老的規律。

獲得年輕、中年和年老3個代表時期的人眼瞼皮膚樣品花費了團隊很長時間。“通過傳統的染色方法,我們証明這些皮膚細胞是存在明顯年齡區別的。”張維綺說,3個年齡段的細胞在表皮厚度、真皮膠原密度等方面都有一系列增齡變化。

單細胞測序“摸底”衰老因子

近些年,單細胞測序技術的精度日益提高,人們能夠通過該技術了解一個小細胞中發生了什麼。

把這些細胞集合到一起之后就匯成了一個涵蓋細胞所有基因表達情況的圖譜。圖譜由每個細胞的信息大數據組成,任何一個細胞的“異動”都能夠被感知。

單細胞技術可以“摸底”人皮膚衰老過程中細胞和分子水平的改變,研究人員進而繪制出了不同年齡段的多種皮膚細胞類型的基因表達圖譜。

“包括表皮基底細胞、有棘細胞、顆粒細胞、黑色素細胞、真皮細胞等在內的各種皮膚細胞都有自己的‘畫像’。”張維綺說,就像人臉識別用的是人臉信息大數據,細胞“畫像”用的是它的分子表達。

“我們發現,富含表皮干細胞的表皮基底細胞在個體間差異最大。”張維綺說,干細胞的狀態與年輕態密切相關,表皮基底細胞也因為具有較高的異質性被分為6個細胞亞群。

數據分析顯示:中年組(40歲以上)與老年組(70歲左右)受試者的皮膚有更為相似的轉錄組特征,年輕組(20歲左右)受試者的皮膚細胞特性明顯不同。

“這表明,眼部皮膚在中年時期已經衰老化。盡管肉眼看不出來,但是基因表達的特征已經呈現衰老。”張維綺說,多種衰老皮膚細胞的基因表達呈現出DNA修復能力降低、生物大分子損傷的增加等。

找到最關鍵的“減齡”路徑

這是在國際上首次報道人類眼部皮膚衰老的單細胞轉錄組圖譜。為了讓學界認可其中“劃重點”的衰老症狀,科學研究還需要完整的閉環驗証。

“我們在實驗用細胞的單細胞圖譜中看到某些表達下調了,那麼這種情況有沒有發生在其他的人身上呢?”張維綺說,為此團隊又通過顯色的方法証明,隨著衰老的加劇,同樣的變化也發生在其他13人的眼瞼樣本中。

經過生物信息數據的挖掘和反向驗証,研究團隊發現基底細胞中的KLF6和真皮成纖維細胞中的HES1這兩種生長因子的下調能引發皮膚衰老。

“我們又分別在所培養的細胞中,阻止了KLF6和HES1的表達,結果表明這些細胞的衰老被加速,而反過來激活表達卻能夠延緩細胞衰老。”張維綺說。

有了判斷細胞年輕和年老的“標尺”,團隊在體外培養了眼瞼皮膚細胞,並從生物活性小分子庫中選用了一些物質,研究它們是否能夠延緩衰老。

“我們嘗試了維生素C、二甲雙胍、槲皮素等不同的小分子,最終天然化合物槲皮素表現得最為穩定和高效,細胞水平上的不同實驗証明了它能夠延緩人真皮成纖維細胞的衰老。”張維綺說。

(責編:趙竹青、孫紅麗)

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