2018年5月22日

松鼠冬眠的窍门暗示医疗用途

乍看上去

  • 研究人员发现了帮助地松鼠在冬眠中存活的细胞机制。
  • 这些见解提出了更好地保存用于移植以及其他医学用途的器官的方法。
小鼠肾脏细胞的图像 小鼠肾细胞中的微管以绿色显示(顶部)。将细胞暴露于接近冰点的温度后,微管结构被破坏(中)。但是在低温之前使用的药物组合可以保护微管(底部)。 NEI

像13排衬里的松鼠这样的冬眠动物可以忍受接近冰点的温度,这会对其他哺乳动物造成严重伤害。细胞骨架是为细胞提供支持和其他关键功能的小结构网络,可能特别容易受寒。了解冬眠动物如何保护细胞骨架,可能会显示出如何保存在低温下保存用于医疗用途的人体组织。

微管是细胞骨架的主要成分,在寒冷时会迅速变质。这些结构对许多器官和神经系统至关重要。神经元(神经细胞)需要稳定的微管细胞骨架来维持其形状和连接。 Drs。领导的团队。 3d之家国家眼研究所(NEI)的Wei Li和Ou Jingxing将非冬眠者的细胞与13排内衬松鼠的细胞进行了比较,以确定它们对寒冷的反应差异。研究结果发表在2018年5月3日的 细胞.

科学家从新生的地松鼠中获取了细胞,并对其进行了基因“重编程”,使其具有胚胎干细胞的特征。这些细胞称为诱导多能干细胞(iPSC),可以在实验室中无限期生长,并且理论上可以转变为体内发现的所有细胞类型。在来自地松鼠iPSC的神经元中,微管在寒冷条件下仍保持完整。

接下来,研究小组仔细检查了地松鼠和人类的iPSC衍生神经元之间的差异。他们发现线粒体(为细胞产生能量的细胞器)的差异。人类线粒体倾向于对寒冷产生过度反应,并产生过量的新陈代谢副产物,称为活性氧(ROS)。 ROS会对微管造成严重破坏。地鼠的ROS水平在寒冷条件下保持相对较低,这可以帮助解释为什么它们的微管仍然完好无损。

在人的神经元中,而不是在松鼠的神经元中,冷暴露也影响称为溶酶体的细胞区室。溶酶体使用称为蛋白酶的酶消化受损的蛋白质。这些蛋白酶从溶酶体泄漏,并在冷暴露的人类神经元中消化了附近的微管。

接下来,研究人员测试了两种类型的治疗方法,以查看它们是否可以保护非冬眠者免受寒冷引起的伤害:一种可以减少线粒体中ROS的产生,另一种可以抑制蛋白酶。在将人iPSC神经元浸入药物后,科学家将其暴露于低温下(4oC或39oF)4至24小时。药物保留了微管结构。接下来,研究小组在大鼠视网膜,眼后部的感光组织以及小鼠肾脏中测试了这种方法。这种治疗在4岁时保护了两种类型的组织oC持续4至24小时。

这些发现为在移植前冷藏期间以及在颅脑损伤后诱发体温过低期间保护人体组织铺平了道路。

“通过了解冬眠时冷适应的生物学原理,我们也许可以改善和扩大诱导低温的应用,并可能延长器官移植前的生存能力,”李说。 “例如,肾脏通常不超过30小时存储。之后,组织开始变质。……心脏,肺和肝脏的保质期甚至更短。”

相关链接

参考文献: 来自休眠器的iPSC为研究冷适应及其潜在医学应用提供了一个平台。 欧J,Ball JM,栾Y,赵T,宫岛KJ,徐Y,周H,陈J,Merriman DK,谢Z,Mallon BS,李W. 细胞。 2018五月3; 173(4):851-863.e16。 doi:10.1016 / j.cell.2018.03.010。 Epub 2018年3月22日。PMID:29576452。

资金: 3d之家的国立眼科研究所(NEI)和国立神经系统疾病与中风研究所(NINDS);中国海外自然科学联合研究基金;以及人类免疫,自身免疫和炎症中心。