墨西哥钝口螈俗称“六角恐龙”,是钝口螈科钝口螈属两栖动物。它们拥有“不老容颜”,在四岁后就停止衰老,还能再生肢体。研究墨西哥钝口螈可能是开启人类有效的抗衰老疗法之旅的下一步。

6.1.1

墨西哥钝口螈在圈养环境下繁殖良好,是衰老和再生医学领域热门的研究对象

6.1.2

一位科学家在查看墨西哥钝口螈的X光片

对于人类而言,衰老是无可避免的。但是墨西哥钝口螈这种总是面带微笑、在流行文化中名气甚响的可爱两栖动物似乎能在一定程度上避免这种命运。

在墨西哥钝口螈身上,有一种名叫“幼态延续”的现象,即它们的成长永远不会超出幼生期,它们成年后看起来仍像是超大号的幼体。尽管如此,墨西哥钝口螈目前还是处于濒临灭绝的危险境地。不过值得注意的是,它们不仅看起来年幼,拥有羽毛状的鳃和背鳍,而且在超过21年的生命周期中极少经历体质下降和疾病,还能再生四肢、尾巴甚至器官。

出于这个原因,圈养的墨西哥钝口螈(呈浅粉色)成为生物学家常用的研究对象。长期以来,他们一直着迷于墨西哥钝口螈抗衰老的能力。

现在,一项新研究解开了这种令人好奇的生物的又一个谜团:墨西哥钝口螈在年仅四岁时身体就停止了一个关键的衰老机制——表观遗传时钟。

表观遗传时钟根据生活事件(譬如压力或饮食)如何开启和关闭基因来估算生物的年龄。举例来说,如果一个生物经历过许多创伤,那么它的表观遗传年龄或生物学年龄可能比它的实际年龄要大得多。

根据发表在bioRxiv(一个未经同行评审就能贴出论文的网站)上的研究,上述研究结果可能是在探索人类有效的抗衰老疗法的漫长旅程中迈出的又一步。

追求年轻是一个受欢迎的目标:这个价值400亿美元的抗衰老市场,预计到2032年会达到600亿美元的规模。此外,弄清墨西哥钝口螈的遗传学机制能给细胞、肌肉,甚至可能是四肢的再生医学带来灵感。

“这是在衰老和再生领域的一次重大飞跃,”美国缅因州芒特迪瑟特岛生物实验室(MDIBL)的一位免疫学家詹姆斯 · 戈德温(James Godwin)说道,“假如能弄明白背后的机制,那么许多改善人类健康的机遇可能会自行出现。”戈德温没有参与这项新研究。

表观遗传时钟

该研究的合著者史蒂夫 · 霍瓦特(Steve Horvath)是加利福尼亚阿尔图斯实验室的一位遗传学家,他也是研究表观遗传学关键过程之一——DNA甲基化——的专家。DNA甲基化发生在身体给DNA添加和移除化学物质之时。接着,这些变化会开启和关闭基因。

2013年,霍瓦特开发出一种算法,用于观察组织中这些化学标记物的模式,并将它们与年龄相关联。他将这种算法称为表观遗传时钟。它能持续预测一个生物的寿命。

为了弄清究竟是什么让墨西哥钝口螈与人类大相径庭,霍瓦特与来自德国德累斯顿工业大学的马克西米娜 · 云(Maximina Yun)合作,创建了首个墨西哥钝口螈表观遗传时钟。云多年来一直在研究这些蝾螈。

在云的德累斯顿实验室里,团队研究了180只年龄从四周到21岁不等的墨西哥钝口螈。引人注目的是,这些科学家只能为墨西哥钝口螈一生中的头四年创建一个可靠的表观遗传时钟。之后,这些化学标记物就保持不变,仿佛那些墨西哥钝口螈处在发育停滞状态一样。

“这非常令人惊讶,以至于我几乎不敢相信,”霍瓦特说,“对我来说,令人着迷的是,根据表观遗传的变化,墨西哥钝口螈似乎四岁就停止了衰老。”

再生状态

团队随后为墨西哥钝口螈和人类建构了一个双重表观遗传时钟,通过追踪墨西哥钝口螈和人类的DNA甲基化来计算两个物种的衰老。霍瓦特解释说:“这里的新颖之处在于,我们已经研发出一个能对人类和墨西哥钝口螈同时管用的表观遗传时钟。”

这个双重时钟揭示,墨西哥钝口螈和人类衰老的方式相似,但墨西哥钝口螈能够神秘地停止衰老过程。

科学家认为,再生可能是解开谜团的关键,因为墨西哥钝口螈的再生能力和它几乎不衰老的事实之间看起来存在某种关联。

在另一项实验中,DNA分析显示,墨西哥钝口螈再生的四肢明显比身体其余部位更为年轻。换言之,新的组织基本上会恢复到更早期的发育阶段。

“我们认为,这可能与一种表观遗传再生的形式有关,”云说道,“但这需要进一步的研究。”

人类健康的潜力

这项研究也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,受伤后会再生新的组织,而不是用瘢痕来修复伤口,但随着年龄的增长,这种能力会丧失。相比之下,墨西哥钝口螈终其一生都能再生失去的组织。如果科学家能弄清其中的机制,将会推动伤口愈合、四肢再生和截肢术领域的发展。

杜克大学医学院的整形外科与病理学教授弗吉尼娅 · 拜尔斯 · 克劳斯(Virginia Byers Kraus)说:“墨西哥钝口螈四岁停止衰老,确定那时的生物事件对于复制它的再生能力而言至关重要。”

此外,随着人们年龄的增长,常被称为“僵尸细胞”的衰老细胞会停止分裂,却依然逗留在我们体内,这可能导致炎症。对于癌症和其他与年龄有关的疾病来说,炎症是一个风险因子。

墨西哥钝口螈几乎没有这些僵尸细胞,这可能是由于它们具有再生能力。研究墨西哥钝口螈是如何冻结自身发育的,能帮助研究人员找到对人类更有效的抗衰老疗法,尽管这可能需要数年的时间。

云说:“总体而言,这项研究给予了我们希望,如果我们能找到墨西哥钝口螈如何停止衰老的秘密,也许可以在其他生物中再现这种现象。”

资料来源 National Geographic