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地球已經(jīng)誕生46億年了,但是人類真正開始解開生命密碼,可以說只有169年的歷史。1856年,奧地利貧苦花匠之子,傳道士孟德爾(生物學(xué)家和數(shù)學(xué)家)在圣托馬斯修道院開始了長達(dá)8年對豌豆遺傳密碼的研究。從那時開始,169年來人類對于生命科學(xué)的探索突飛猛進(jìn),從器官到細(xì)胞,從細(xì)胞到基因,人類終于逐漸揭開了上帝造人的密碼。
細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular Matrix,ECM)是細(xì)胞賴以生存的環(huán)境,主要由膠原蛋白、彈性蛋白、透明質(zhì)酸等多種大分子構(gòu)成,就像細(xì)胞依附的“骨架”,它不僅為人體細(xì)胞單元提供了結(jié)構(gòu)上支持,還影響了細(xì)胞的多種功能表達(dá)行為;在本專欄過往總共31集前沿科學(xué)系列綜述論文章中,我們先后在本專欄的第6集探討過ECM對細(xì)胞行為的影響; 筆者作為情緒護(hù)膚和神經(jīng)美容學(xué)領(lǐng)域的研究者,多次在本專欄的第1集、第7集、第11集、第20集分別討論過了情緒與免疫系統(tǒng)的關(guān)系、神經(jīng)美容學(xué)、情緒波動對皮膚健康的影響、愉快觸覺的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。但是過往我們在本專欄,并沒有探究過細(xì)胞外基質(zhì)、以及心理健康這二者與衰老的生物指標(biāo)之間的直接關(guān)系。
好消息是,2025 年 4 月 17 日科學(xué)界有了最新的重大發(fā)現(xiàn):來自法國索邦大學(xué) Guido Kroemer等人在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Cell 上發(fā)表了題為《From geroscience to precision geromedicine: Understanding and managing aging》 的論文綜述;他們在2023年1月19日提出的衰老十二大標(biāo)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了第十三和第十四大衰老標(biāo)志的最新觀點(diǎn):細(xì)胞外基質(zhì)變化(Extracellular matrix changes)和社交隔離(psychosocial isolation),從而將衰老標(biāo)志從十二大標(biāo)志擴(kuò)展為十四大標(biāo)志,為人體衰老的生物機(jī)制研究,鑄就了兩大新的里程碑!
在2023年發(fā)表的《Hallmarks of aging: An expanding universe》的綜述中,科研團(tuán)隊(duì)將十二大標(biāo)志被分為三類:
1. 主要標(biāo)志(驅(qū)動衰老進(jìn)程):基因組不穩(wěn)定性、端粒磨損、表觀遺傳改變、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失、細(xì)胞自噬失能;
2. 拮抗標(biāo)志(對主要標(biāo)志的變化做出響應(yīng)):營養(yǎng)感應(yīng)失調(diào)、線粒體功能障礙、細(xì)胞衰老;
3. 整合標(biāo)志(解釋衰老表型):干細(xì)胞耗竭、細(xì)胞間通訊改變、慢性炎癥、菌群失調(diào)。
然而在前沿科學(xué)研究突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展之下,僅僅兩年之后,細(xì)胞外基質(zhì)變化和社交隔離成為第十三和第十四大衰老標(biāo)志;
圖1. 人體衰老的十四大標(biāo)志及分類(新增了細(xì)胞外基質(zhì)變化和社交隔離)
資料來源:參考文獻(xiàn)1
衰老的第十三大標(biāo)志——細(xì)胞外基質(zhì)變化
衰老是一個復(fù)雜的生物學(xué)過程,涉及基因組不穩(wěn)定性、表觀遺傳改變、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡、線粒體功能障礙、細(xì)胞衰老和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)重塑等多個層面的變化。在這些機(jī)制中,ECM作為組織微環(huán)境的核心組成部分,其結(jié)構(gòu)和功能的改變正逐漸被認(rèn)識到是驅(qū)動衰老進(jìn)程的關(guān)鍵因素之一。ECM是由膠原蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖等大分子組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),它不僅為細(xì)胞提供物理支撐,還通過整合素介導(dǎo)的機(jī)械信號傳導(dǎo)和生長因子調(diào)控參與細(xì)胞命運(yùn)決定。ECM作為組織結(jié)構(gòu)和功能的重要支撐系統(tǒng),近年來在衰老生物學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。大量研究表明,ECM不僅提供機(jī)械支持,還在細(xì)胞信號傳導(dǎo)、組織穩(wěn)態(tài)維持和應(yīng)激防御中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
裸鼴鼠是自然界中的“長壽明星”,其平均壽命可達(dá)40年(普通小鼠的壽命僅有僅2-3年),且?guī)缀踅K生不患癌癥;研究發(fā)現(xiàn),在裸鼴鼠體內(nèi)的ECM中,富含高分子量透明質(zhì)酸(HMM-HA),這種物質(zhì)像“細(xì)胞保護(hù)罩”一樣,能抵抗炎癥、氧化應(yīng)激和癌癥。研究者通過給裸鼴鼠的 HAS2基因(可以表達(dá)HMM-HA)移植到小鼠體內(nèi),成功讓小鼠的壽命延長了約12%,同時減少了癌癥發(fā)生,實(shí)現(xiàn)了小鼠的年輕化(這種基因改造的小鼠被稱為 nmrHas2小鼠)。通過誘導(dǎo)基因表達(dá),使nmrHas2小鼠多個器官(如肌肉、腎臟、腸道)的HMM-HA水平顯著升高。與對照組相比,在體內(nèi)HMM-HA含量水平提高之后,nmrHas2小鼠的中位壽命延長4.4%,最長壽命延長12.2%,且老年小鼠的“生物學(xué)年齡”更年輕(通過DNA甲基化時鐘檢測),并且運(yùn)動能力、握力、骨骼密度等多項(xiàng)生理指標(biāo)顯著均優(yōu)于對照組。
以上研究揭示了ECM成分HMM-HA的三大抗衰老機(jī)制:一是直接抑制炎癥,HMM-HA能調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞),減少促炎因子釋放,促進(jìn)抗炎反應(yīng)。二是抗氧化保護(hù):HMM-HA幫助細(xì)胞抵抗氧化損傷(如過氧化氫),提高存活率。三是維護(hù)腸道健康:增強(qiáng)腸道屏障功能,減少“腸漏”,抑制由腸道菌群失調(diào)引發(fā)的全身性炎癥。
圖2. 植入了裸鼴鼠的 HAS2基因的 nmrHas2小鼠的壽命
顯著延長且生理指標(biāo)顯著改善
資料來源:參考文獻(xiàn)2
細(xì)胞外基質(zhì)變化,整個生物體的衰老過程都伴隨著細(xì)胞外基質(zhì)粘彈性逐漸降低,細(xì)胞外基質(zhì)成分透明質(zhì)酸能夠發(fā)揮延長壽命和健康壽命等一系列益處,此外,細(xì)胞外基質(zhì)對線粒體穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞衰老以及干細(xì)胞耗竭都有著顯著影響,細(xì)胞外基質(zhì)變化既可能是衰老的原因,也可能是衰老的結(jié)果。因此,細(xì)胞外基質(zhì)變化滿足上述三個嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn),可被視為衰老的一個新的整合標(biāo)志。
衰老的第十四大標(biāo)志——社交隔離
根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的定義,“心理健康是一種精神狀態(tài),使人們能夠應(yīng)對生活中的壓力,發(fā)揮自己的能力,學(xué)習(xí)和工作出色,并為社區(qū)做出貢獻(xiàn)”。
“心理社會適應(yīng)”這一概念指的是個體與其社會和經(jīng)濟(jì)環(huán)境之間持續(xù)存在的張力,這種張力伴隨我們從出生到死亡的個人軌跡。這種沖突需要通過不斷適應(yīng)來解決,以優(yōu)化個體應(yīng)對挫折的能力、處理缺乏積極社會關(guān)系的問題、避免事故和個人自我毀滅、成功競爭資源以及為社會群體的集體成功做出貢獻(xiàn),同時主動做出正確的決策。適應(yīng)不良的反應(yīng)會破壞主觀幸福感,危及個體在社會經(jīng)濟(jì)體系中的地位甚至生存。
退休后的老年人在脫離工作環(huán)境和社交圈之后,特別是獨(dú)居老人,由于缺乏親人、朋友的陪伴,從而感到孤立無緣和內(nèi)心焦慮。但這種長期的心理-社會隔離并非只是“心情不好”這么簡單,而是會直接損害老年人的生理健康并加速其衰老進(jìn)程:焦慮、抑郁、孤獨(dú)感和睡眠的障礙,都會持續(xù)激活身體的“應(yīng)激系統(tǒng)”,激活神經(jīng)內(nèi)分泌免疫系統(tǒng),讓身體一直處于本能中的的警戒、應(yīng)激狀態(tài),久而久之,就會在生理上累積炎癥性衰老。這些心理-社會隔離因素已被證明會損害免疫功能、增加炎癥水平、影響心血管健康。
總結(jié)與展望
過去二十年的科學(xué)研究已經(jīng)證實(shí),細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)不僅僅只是為組織和機(jī)體提供力學(xué)支持和物理強(qiáng)度。ECM的剛度和彈性還會廣泛影響細(xì)胞的所有生物學(xué)行為過程,包括擴(kuò)散、生長、增殖、遷移、分化和類有機(jī)物的形成等等。細(xì)胞外基質(zhì)對細(xì)胞的形狀、結(jié)構(gòu)、功能、存活、增殖、分化、遷移等一切生命現(xiàn)象具有全面的影響,因而無論在胚胎發(fā)育的形態(tài)發(fā)生、器官形成過程中,或在維持成體結(jié)構(gòu)與功能完善(包括免疫應(yīng)答及創(chuàng)傷修復(fù)等)的一切生理活動中均具有不可忽視的重要作用。
ECM具有高度的生物活性,ECM并非僅僅是醫(yī)學(xué)美容的注射填充材料,而是對于人體細(xì)胞功能有著舉足輕重的影響。細(xì)胞外基質(zhì)是由組織中的細(xì)胞所分泌的產(chǎn)物,其核心成分包括了膠原蛋白、彈性蛋白、纖連蛋白等,是一個復(fù)雜的集合體,一個小小的人體“宇宙”。除去本身的結(jié)構(gòu)功能,細(xì)胞外基質(zhì)具有重要的抗衰老生理活性。
圖3. 社交隔離心理指標(biāo)與衰老生理指標(biāo)的相關(guān)性研究
資料來源:參考文獻(xiàn)7
有研究發(fā)現(xiàn):根據(jù)2006年的人口普查數(shù)據(jù),在日本沖繩地區(qū)每10萬人中擁有54.4位百歲老人。全島有百歲老人650位,比例是發(fā)達(dá)國家百歲老人的4-5倍。研究發(fā)現(xiàn),日本沖繩老人生活的社區(qū)都很緊密,他們每個人都互相認(rèn)識。他們經(jīng)常會在被稱為“moai”的團(tuán)體進(jìn)行社交聚會。盡管沖繩曾經(jīng)是日本最貧窮的地方,但是沖繩人屬于社交活躍型人,通過社交可以接觸更多的人,使人更長壽、更健康。
通過對第十三和第十四衰老標(biāo)志物的等衰老基礎(chǔ)研究的深入進(jìn)行,預(yù)示著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)將進(jìn)入精準(zhǔn)老年醫(yī)學(xué)時代。和傳統(tǒng)的老年醫(yī)學(xué)不一樣,精準(zhǔn)老年醫(yī)學(xué)不只是治療已經(jīng)生病的老年人,而是針對所有成年人,通過多組學(xué)技術(shù),可以全面了解生命個體的基因、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、代謝物等信息,找到和衰老以及疾病相關(guān)的風(fēng)險因素人體的預(yù)測健康狀況,發(fā)現(xiàn)疾病的早期跡象,從而進(jìn)行個性化的醫(yī)學(xué)干預(yù),讓人們保持健康并延長壽命!
作者:陳迪(Daniel Chen)
美麗面面觀科普自媒體主理人,前歐萊雅集團(tuán)抗衰老科研帶頭人,前玫琳凱中國首席科學(xué)家
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來源:榮格-《 國際個人護(hù)理品生產(chǎn)商情》
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