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注入新血:返老還童的關鍵?

本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

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一連三篇發表於5/4的科學研究指出,替年長老鼠注入年輕老鼠的血液,可反轉許多伴隨著老化而來的心智和身體上的退化。這對我們理解老化的過程有著深刻意涵。

這三篇延伸自更早期的研究的新研究,同時發表在《Nature Medicine》和《Science》期刊上,證實了記憶、肌力(muscle strength)、耐力、以及嗅覺的返老還童現象。整體看來,這些研究認為,在年輕的血液中可能含有某些因子,能在老年動物體中製造出全面性的再生現象。除了反轉正常老化造成的損壞外,研究指出,年輕的血液甚至可能幫助恢復與老化狀態有關的認知功能衰弱,還有心臟肥大和阿茲海默症。

「老鼠周邊系統和腦部重回青春狀態的變化相當令人震驚。」哈佛神經學教授和麻省總醫院(Massachusetts General Hospital)基因與老化研究單位(Aging Research Unit)的主任Rudolph Tanzi說:「我徹底被他們的研究結果震驚了。」Tanzi並未參與這三項研究。

發表在《Nature Medicine》上,由加州大學舊金山分校(University of California, San Francisco)的Saul Villeda、史丹佛大學的Tony Wyss-Coray,及他們的同事執行的研究,是建立在早期的研究發現——先前發現了年輕血液能夠刺激腦部幹細胞和新生神經細胞的成長,而若給年輕老鼠老化的血液則會反過頭來損害他們的認知能力。

如同這篇登上《Nature Medicine》的研究所描述,Villeda和他的同事利用手術將年長老鼠及年輕老鼠的腹腔縫合在一起,實際地連接了他們的循環系統。過了一段時間後,比起與其他年長老鼠聯繫在一起的控制組,與年輕老鼠聯繫在一起的年長老鼠在腦部迅速地生長出更多新的神經連結。年長的老鼠不僅被年輕的血液賦予活力,也藉此製造出了與神經可塑性(neuroplasticity)有關的蛋白質——這是在回應新經驗時,大腦自行重整的能力。研究中,年輕的老鼠是三個月大,年長的老鼠是十八個月大。

科學家也直接對年長老鼠注射單一年輕老鼠的血清——一種作為血液基底的黃色液體,其中懸浮著蛋白質和其他物質。在三周內,年長老鼠接受了八劑來自單一年輕老鼠的血清。在那之後,這些老鼠在水迷宮中記憶如何尋找隱藏的休息看台的能力,好於控制組。在他們曾經被給予輕微電擊的隔間內,他們也展現了較好的回憶能力。

目前還是不清楚年輕血液中造成這些影響的成分是什麼,但科學家在注射前,若先加熱血清,這些益處都不會出現——這提供了一條線索。眾所皆知,蛋白質的活性會因熱而消失,這個結果顯示此相關的循環因子可能為蛋白質。

「當我第一次聽到Tony Wyss-Coray的這項研究時,我就想,這實在是太驚人了,」Tanzi說,「我甚至還想,這也好到太不真實了。」而現在,另外兩篇研究在Science上發表了相似的結果,而這三篇研究都來自名聲良好的實驗室,「現在,你必須相信這確實是真的了。」他說道。

刊登在《Science》兩篇研究中的其中一篇,來自哈佛的團隊發現,不論是連結年長老鼠和年輕老鼠的循環系統,或給年長老鼠注射從年輕血液中提煉出來的信號蛋白質(signaling protein),都可以使年長肌肉變得強壯且年輕。根據Amy Wagers——哈佛幹細胞及再生生物學的教授及這份研究的主要作者之一——他們用多種方法進行測量,看見改善。年老肌肉幹細胞的DNA獲得修復;肌肉纖維和細胞結構中的粒線體(mitochondria)轉變為更健康、更年輕的型態;握力改善;還有,比起未接受治療的老鼠,他們可以在滾輪上跑得更久。

在這項研究中使用的蛋白質,GDF11,已知可以降低老化造成的心臟肥大,這是心臟衰竭的特徵。但Wager表示,在這項新研究中,GDF11 在其他組織上起了類似的逆轉老化效用,尤其是骨骼肌和大腦。

「這表示,這種蛋白質在不同組織上真的有一致的表現,」她說,且或許可開發相關藥物,去針對多種老化相關的功能障礙——如肌肉無力(muscle weakness)、神經退化(neurodegeneration)和心臟疾病——中的「單一共同途徑」進行治療。

在第二篇Science的研究中,另一組來自哈佛大學,由研究人員Lida Katsimpardi所帶領的團隊,同樣經由手術連結循環系統或注射,在年長老鼠中植入來自年輕老鼠的GDF11。他們觀察位於腦室下區(subventricular zone)這個與氣味感受有關的老鼠腦區裡的細胞。年輕血液改善了該區域的循環,也刺激了新神經的形成。當這些細胞遷移到嗅球(olfactory bulb)且成熟後,年長老鼠的嗅覺改善了,反轉了通常由老化造成的嗅覺退化。

而這項研究最令人興奮的是,Katsimpardi表示,是經過強化的血流不僅僅在嗅覺區域出現,而是整個大腦。這或許可以解釋刊登在Nature Medicine的研究中提到的,關於記憶和學習能力的改善。而這三篇研究合併在一起,「把整個故事說清楚了,」Katsimpardi說。

哈佛的研究者計畫繼續研究GDF11,要了解GDF11究竟是一個造成重回青春的單獨因子,還是只是其中一種。「我的猜測是還有更多的蛋白質可以解釋老化現象,」Wagers說。

Bradley Wise,國家研究院中老化神經生物學分支的主席及團隊經費的執行者,表示現在就建議把年輕人血液注入年長者是操之過急了。他說,任何從這項研究中延伸出的療法,較有可能是來自將個別的血液因子,不管是透過直接給予或透過藥物來模擬效果。「而主要的問題是:究竟是那些因子?」他說道。

Tanzi表示,這三篇研究很好地連結了近期關於炎症(inflammation)在各種情境下的重要性的研究,包含了阿茲海默症、心臟疾病、糖尿病、中風,以及癌症等情形。

「年輕血液在某種程度上,是抑制了身體與腦部的炎症,而這些炎症是老化導致功能退化的主要問題之一,」他說。總而言之,Tanzi補充說道,這些新發現「毋庸置疑,改變了整個局勢(a game changer for sure)。」

原文:National Geographic Daily News: Swapping Young Blood for Old Reverses Aging [May 4th, 2014]

相關報導:The New York Times: Young Blood May Hold Key to Reversing Aging [May 4th, 2014]

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關於作者

Y. H.

不專業翻譯,閱讀涉獵廣泛,主要領域在心理學、認知神經科學,以及相關的生物醫學。