逐漸變短的端粒

當細胞準備分裂時，DNA 會緊緊纏繞在蛋白質周圍，形成能為遺傳物質提供結構和支撐的染色體。端粒就位于染色體的末端，它們是 DNA 的一種重復延伸，是染色體的 " 保護帽 "，就像鞋帶末端的塑料帽一樣，起到防止染色體內的遺傳物質受損的作用。

在每條染色體的末端，端粒起著保護帽的作用。

然而，每一次細胞分裂，染色體的頂端都會被 " 裁掉 " 一小段 DNA，使得每一次細胞分裂都會伴隨端粒的縮短。這意味著隨著年齡的增長，細胞分裂次數的增多，端粒就會越來越短，從而更有可能失去保護 DNA 的能力。DNA 損傷會導致突變的出現，造成細胞不受控制地分裂，從而引發癌癥。

但是，當細胞的端粒在經歷了太多次的分裂后變得過短且積累了一些損傷時，細胞就會進入一種 " 僵尸 " 狀態來阻止細胞分裂，以此達到避免癌變的目的。

僵尸細胞的出現

僵尸細胞，也被稱為衰老細胞，是一類仍然活著，卻又已經失去分裂能力的細胞。它們無法正常工作，不能幫助充盈組織。它們對死亡具有抵抗力，因此隨著年齡的增長它們會在體內逐漸累積。

早在幾十年前，科學家就已經知道，端粒縮短會引發實驗室培養的細胞衰老。但是，端粒縮短是誘發衰老的唯一因素嗎？端粒損傷是否也會使細胞變成僵尸細胞？

對于這一問題，學界并沒有確切的定論。因為用來破壞 DNA 的工具通常是非特異性的，會導致整個染色體的損傷，因此很難對此問題進行試實驗研究。

現在，在一項新發表在《自然 · 結構與分子生物學》雜志上的研究中，一組研究人員找到了一種只會對染色體的端粒造成氧化損傷的新方法。通過損傷端粒，他們發現了一種誘導細胞衰老的新機制，確定了端粒的直接受損足以引發衰老并產生僵尸細胞。

只損傷端粒的研究

在實驗中，研究人員則將一種能專門與端粒結合的特殊蛋白，附著在了實驗室培養的人類細胞的端粒上。然后，他們在這種蛋白質中添加了一種感光染料。當細胞被光束照射時，這種染料會產生破壞 DNA 的氧自由基。由于這種染色蛋白只與端粒結合，因此它只會在端粒造成 DNA 損傷，不會影響染色體和細胞的其余部分。

被氧自由基（綠色箭頭）破壞的染色體（藍色）頂端的端粒（綠色）變得脆弱，并引發衰老。（圖：Ryan Barnes/Opresko Lab, CC BY-NC-ND）

通過這種方法，研究人員發現，端粒的損傷使細胞在僅僅 4 天后就變成了僵尸狀態。這比在實驗室中通過細胞重復分裂來縮短端粒從而誘發衰老要快得多。此外，研究人還發現，端粒對氧化損傷 " 極其敏感 "，端粒的損傷會破壞 DNA 復制，并誘導導致衰老的應激信號通路。

這些發現清晰地表明，端粒的直接損傷足以使細胞變成僵尸細胞，即使它們的保護帽并沒有縮短。這一發現也解答了為什么一些功能失調的端粒并不總是比功能正常的端粒短的謎題。

一些正在進行的研究

了解了這一機制對測試防止衰老的干預措施有積極作用。僵尸細胞可以促進有癌變風險的細胞衰老，吸引免疫細胞來清除癌細胞，以達到對健康有益的目的。也可以通過損害組織的愈合和免疫功能，以及分泌促進炎癥和腫瘤生長的化學物質，而導致疾病。

現在，許多研究人員正在研究能夠保護端粒不受損害、防止僵尸細胞堆積的治療和干預措施。他們在小鼠身上進行的多項研究表明，去除僵尸細胞可以改善認知功能、肌肉量和功能，并從病毒感染中恢復，從而促進健康衰老。此外，一些研究還在試圖開發一些抗衰老藥物，這些藥物要么可以殺死僵尸細胞，要么可以從一開始就阻止它們的發展。

這項研究關注的是發生在可分裂的細胞（如腎臟細胞和皮膚細胞）中的端粒損傷，研究人員現在正在研究這種損傷是如何在不分裂的細胞（如神經元、心肌細胞）中發揮作用的。