衰老細胞或已經失去分裂能力的細胞隨着年齡的增長而增加，而這是導致癌症、痴呆症和心血管疾病等與年齡有關的疾病的主要因素。在一項新研究中，由匹茲堡大學和UPMC希爾曼癌症中心研究人員領導的團隊發現了一種方法，通過這種方法，衰老或“殭屍”細胞得以發展。
該研究最近發表在《Nature Structural & Molecular Biology》上，其首次證明了端粒的氧化損傷–染色體的保護端，其行為就像鞋帶末端的塑料帽–會誘發細胞的衰老。這些發現最終可能會產生促進健康衰老或對抗癌症的新療法。
研究論文第一作者、皮特大學環境和職業健康以及藥理學和化學生物學教授Patricia Opresko博士說道：“殭屍細胞仍活着，但它們不能分裂，所以它們不能幫助補充組織。雖然殭屍細胞不能正常運作，但它們並不是 沙發土豆–它們積極地分泌化學物質，進而促進炎症和損害鄰近的細胞。我們的研究有助於回答兩個大問題。衰老細胞是如何隨着年齡的增長而積累的及端粒是如何對此作出貢獻的。”
當一個健康的人體細胞分裂產生兩個相同的細胞時，每條染色體的頂端會被削去一點DNA，進而導致端粒隨着每次分裂而變短。然而目前還不知道一個細胞是否會在人的一生中頻繁分裂，以至於其端粒完全退化，從而導致殭屍般的狀況。幾十年來，科學家們已經知道端粒縮短會導致實驗室生長的細胞出現衰老，但他們只能假設端粒的DNA損傷會使細胞變成殭屍。
這一假設以前無法進行測試，因為用於損傷DNA的技術是非特異性的，另外在整個染色體上會產生病變。
“我們的新工具就像一個分子狙擊手，”論文的第一作者Ryan Barnes博士說道，“它專門在端粒上產生氧化損傷。”他是Opresko實驗室的一名博士后研究員。
為了開發這種神槍手般的精確性，該團隊使用了一種專門跟端粒結合的特殊蛋白質。這種蛋白質的作用就像捕手的手套，抓住研究人員扔進細胞的光敏染料“壘球”。當被光激活時，該染料產生破壞DNA的活性氧分子。由於這種捕捉染料的蛋白質只與端粒結合，該工具專門在染色體頂端產生DNA損傷。
通過使用生長在盤子里的人類細胞，研究人員發現，端粒的損傷僅在四天後就使細胞進入殭屍狀態–比在實驗室里通過端粒縮短來誘導衰老所需的數周或數月的反覆細胞分裂要快得多。
“我們發現了一種誘導衰老細胞的新機制，它完全依賴於端粒，”Opresko解釋道，“這些發現也解決了為什麼功能失調的端粒並不總是比功能性端粒短的難題。”他也是UPMC Hillman基因組穩定項目的共同負責人。
陽光、酒精、吸煙、不良飲食和其他因素會產生損害DNA的活性氧分子。細胞有修復途徑來修補DNA病變，但根據Opresko的說法，端粒對氧化損傷非常敏感。研究人員發現，端粒的損傷破壞了DNA的複製並誘發了導致衰老的壓力信號通路。
Barnes說道：“現在我們了解了這一機制，我們可以開始測試干預措施以防止衰老。例如也許有辦法將抗氧化劑瞄準端粒來保護它們免受氧化損傷。”
這些發現還可以為開發新的藥物提供參考，這些藥物被稱為衰老劑，它們可以鎖定殭屍細胞並殺死它們。
他補充道：“通過減少導致退行性疾病的殭屍細胞的積累，我們也許能夠促進‘健康期’–一個人健康的時間長度。”