今日《Nature》重磅:50岁后干细胞反而更多?却出工不出力!

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今天《Nature》正刊有一项最新出炉的研究,本来乍一看里面几乎半数篇幅充斥着方法学内容,让派派差点划走,但多看一眼后发现,除了方法创新,这篇论文本身也有一个相当有意思的发现,值得与大家分享[1]。

我们都知道,每个人身上数十万亿个细胞,最开始都是由单一一个受精卵分裂、分化出来的,这种简单的「1分2,2分4,4分8,8分16」的指数逻辑想必大家都了解。

那么在这个基础上,我们来讲一下,我们的血细胞都是怎么来的,相信看完后,你一定会对自己体内的「血液」如何随年龄变化有全新的认识,也能对老年人伤口愈合变慢、感染后恢复困难等现象有更深层的理解。

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首先,想象我们每个人体内有一个「血细胞池」,这是一个派派抽象出来的概念,不只是血管,包括骨髓在内,我们体内任何承载了血细胞的组织器官,其总和就是这里说的「血细胞池」。

在最初的血细胞池里,只有10个造血干细胞(实际远不止10个,此处为了理解而简化),它们就是未来10大血细胞家族的老祖宗,分别姓李、张、王、胡、杨、吴、徐、陈、黄、和X。

最初的10个老祖宗,孕育出了数之不尽的后代,形成了10个大家族,而且每一个大家族,其内部成员可以从事各行各业的岗位,并不是像「王家专门从政、李家专门从商,张家专门务农」这样通过10大家族分工来实现彼此互补。

理论上说,每个家族内,从事各个行业的家族成员比例可以是一样的,比如李家可能有10%的人干农活儿、20%的人进城打工,5%的人创业……这一比例可能在其他家族也成立。

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图注:本该百花齐放的「家族子弟」

换句话说,一个血细胞最后具体从事哪个岗位(分化成哪种具体的细胞,比如红细胞、白细胞、血小板等),其实跟它最开始来自哪个家族没有绝对的关系

那么10大家族的格局,相比于互补合作,更接近于竞争。

当然,这只是理论情况,如果说每一个家族,都能向社会持续输送各种类型的人才,那自然是皆大欢喜。

但是呢,有些家族,它偏不。

如果说一个健康家族的形态,是90%以上的家族成员从事各行各业,还有不到10%的家族成员,专注于家族本身人口的维持,那这类家族成员,我们一般称之为种马(划掉)「造血干/祖细胞」。

在健康的家族里,造血干细胞生产的子细胞,会被培养成其他类型的成熟人才,但是在不健康的家族里,假设是X家,X家的造血干细胞产生的子细胞,最终还是造血干细胞……

最后就导致什么情况呢?X家族里95%的细胞,大都是只知道生产的繁殖工具,而很少去从事具体的工作。

但好在,至少在身体没有造血需求的时候,X家族也会停下其不断产崽的行为,这一点让X家族和肿瘤多少划清了界限。

而论文的发现表明,在我们年轻的时候,我们血细胞池里的10大家族,还能够保持分庭抗礼、百花齐放。

随着我们年龄的增长,那些保持着健康比例(90%行使各类具体功能,不到10%只从事繁殖)的家族会逐渐式微,而只会复制自身的X家族却日益壮大

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X家族的壮大也会挤占其他健康家族的生存空间,导致我们血细胞池的细胞多样性水平整体下滑。

假设我们血细胞池中,每个细胞家族对应一种颜色,那么年轻时,我们的血液就是一副色彩斑斓的马赛克,而年老时,图中的色块明显减少,其中会有一两种颜色变得格外显眼,因为它们占据了大片版图,而剩下的颜色只能零星散落在角落里。

平时我们一听到造血干细胞,会很容易认为这是个抗衰利器,多多益善。那现在好了,X家族里全是造血干细胞,要是把它们移植到合适的环境,想必能抗衰吧~?

答案是并不,根据研究发现,我们可以理解为,那些体量小、未扩张的家族,虽然造血干细胞数量少,但其再生能力更强,而体量最大的X家族,虽然它包含了大量造血干细胞,但它们整体的再生能力反而更弱,可谓干啥啥不行,吃饭第一名。

现在我们就能以更新的角度理解,为什么老年人伤口愈合变慢,病毒感染后也更难痊愈了。年轻时,成千上万的健康细胞家族可以迅速调动中性粒细胞、巨噬细胞、血小板等抵达伤口前线。年老时,X家族成为寡头,虽然干细胞数量充沛,却只会囤兵后方,不给前线输送弹药……

进一步的研究发现,血液衰老的图景,其实跟我们下意识里想象的完全不一样。

在我们直观的想象中,可能会以为,随着年龄增长,这10大家族会一起发生功能的退化,这种「整体衰退观」现在基本可以被推翻了。

新的发现告诉我们,那些健康的家族,比如李家、张家、胡家、王家……它们只是生存空间被X家挤占了,但这些家族内部,本身仍旧是健康的,它们仍旧保持着「90%以上的家族成员从事各行各业,不到10%的成员维持造血」的年轻态。

也就是说,老年个体血细胞池中的健康家族,状态其实跟年轻个体中的健康家族差不多衰老带来的最大变化,更多是X家族(或者类似状态的家族)逐渐成为了血细胞池中的寡头,这才是主要矛盾。

在演化理论中有一个观点——生物多样性是韧性的基石,物种越丰富,面对环境冲击时可供选择的应对策略就越多,生态系统存续下去的机会就越大

同理,我们体内造血干细胞家族的多样性,同样是确保我们血液系统稳定的基础,一旦某种外来刺激(比如疾病、毒素)损伤了特定类型的细胞家族,其他细胞家族还可以顶上。

而若是多样性缺失,由单一家族一枝独大,便相当于森林里只剩下一种树,那么,一场针对这种树的虫灾,即可让整片森林枯萎。或许,这就是衰老让我们变得脆弱的本质。

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参考文献

[1] Scherer M, Singh I, Braun MM, Szu-tu C. Clonal tracing with somatic epimutations reveals dynamics of blood ageing 2025.

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