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衰老细胞或已经失去分裂能力的细胞随着年龄的增长而增加，而这是导致癌症、痴呆症和心血管疾病等与年龄有关的疾病的主要因素。在一项新研究中，由匹兹堡大学和UPMC希尔曼癌症中心研究人员领导的团队发现了一种方法，通过这种方法，衰老或“僵尸”细胞得以发展。 该研究最近发表在《Nature Structural & Molecular Biology》上，其首次证明了端粒的氧化损伤--染色体的保护端，其行为就像鞋带末端的塑料帽--会诱发细胞的衰老。这些发现最终可能会产生促进健康衰老或对抗癌症的新疗法。
研究论文第一作者、皮特大学环境和职业健康以及药理学和化学生物学教授Patricia Opresko博士说道：“僵尸细胞仍活着，但它们不能分裂，所以它们不能帮助补充组织。虽然僵尸细胞不能正常运作，但它们并不是 沙发土豆--它们积极地分泌化学物质，进而促进炎症和损害邻近的细胞。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及端粒是如何对此作出贡献的。” 当一个健康的人体细胞分裂产生两个相同的细胞时，每条染色体的顶端会被削去一点DNA，进而导致端粒随着每次分裂而变短。然而目前还不知道一个细胞是否会在人的一生中频繁分裂，以至于其端粒完全退化，从而导致僵尸般的状况。几十年来，科学家们已经知道端粒缩短会导致实验室生长的细胞出现衰老，但他们只能假设端粒的DNA损伤会使细胞变成僵尸。 这一假设以前无法进行测试，因为用于损伤DNA的技术是非特异性的，另外在整个染色体上会产生病变。 “我们的新工具就像一个分子狙击手，”论文的第一作者Ryan Barnes博士说道，“它专门在端粒上产生氧化损伤。”他是Opresko实验室的一名博士后研究员。
为了开发这种神枪手般的精确性，该团队使用了一种专门跟端粒结合的特殊蛋白质。这种蛋白质的作用就像捕手的手套，抓住研究人员扔进细胞的光敏染料“垒球”。当被光激活时，该染料产生破坏DNA的活性氧分子。由于这种捕捉染料的蛋白质只与端粒结合，该工具专门在染色体顶端产生DNA损伤。 通过使用生长在盘子里的人类细胞，研究人员发现，端粒的损伤仅在四天后就使细胞进入僵尸状态--比在实验室里通过端粒缩短来诱导衰老所需的数周或数月的反复细胞分裂要快得多。 “我们发现了一种诱导衰老细胞的新机制，它完全依赖于端粒，”Opresko解释道，“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性端粒短的难题。”他也是UPMC Hillman基因组稳定项目的共同负责人。
阳光、酒精、吸烟、不良饮食和其他因素会产生损害DNA的活性氧分子。细胞有修复途径来修补DNA病变，但根据Opresko的说法，端粒对氧化损伤非常敏感。研究人员发现，端粒的损伤破坏了DNA的复制并诱发了导致衰老的压力信号通路。 Barnes说道：“现在我们了解了这一机制，我们可以开始测试干预措施以防止衰老。例如也许有办法将抗氧化剂瞄准端粒来保护它们免受氧化损伤。” 这些发现还可以为开发新的药物提供参考，这些药物被称为衰老剂，它们可以锁定僵尸细胞并杀死它们。 他补充道：“通过减少导致退行性疾病的僵尸细胞的积累，我们也许能够促进‘健康期’--一个人健康的时间长度。”
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