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Nature子刊打破传统观点,发现免疫系统寿命的新机制

由伦敦大学学院的科学家领导的一个国际团队发现了一种新的机制,可以减缓甚至可能阻止免疫细胞的自然老化(natural ageing)——衰老的九个标志之一。

发表在《自然细胞生物学》杂志上的研究人员表示,这一体外(细胞)的发现和在小鼠身上的验证是“出乎意料的”,他们相信利用这一机制可以延长免疫系统的寿命,让人们活得更健康、更长久,还将对癌症和痴呆等疾病具有临床应用价值。

伦敦大学学院医学部荣誉教授、第一作者Alessio Lanna博士解释了这项研究,他说:“免疫细胞一直处于高度戒备状态,时刻准备着对抗病原体。为了有效,它们还必须在体内持续几十年——但用于执行这种终身保护的策略在很大程度上是未知的。“

“在这项研究中,我们试图找出在免疫系统对抗原(一种被机体防御免疫监视机制识别的外来物质)产生免疫反应时,赋予免疫系统细胞(即T细胞)寿命的机制。”

为什么免疫系统会老化

所有细胞中存在的每条染色体都包含一个保护性的帽,叫做端粒(一种被重复数千次的特定DNA序列)。该序列有两个目的:首先,它保护染色体的编码区域,防止它们被破坏;其次,它作为一个衰老时钟,控制细胞复制(也称为分裂)的数量。

在T细胞(一种白细胞或免疫细胞)中,和大多数细胞一样,随着每次细胞分裂,端粒变得越来越短(端粒磨损)。一旦端粒达到极短的长度,细胞就停止分裂并进入衰老——这是一个被免疫系统处理的过程,或持续处于一种改变的、功能失调的状态。

随着免疫系统不再有效工作,这将导致慢性感染、癌症和死亡。端粒损耗被描述为“衰老的标志之一”*。

研究结果

在这项体外研究中,研究人员启动了T淋巴细胞对微生物(外来感染)的免疫反应。出乎意料的是,他们在“细胞外囊泡”(促进细胞间通讯的小颗粒)中观察到两种白细胞之间的端粒转移反应。抗原呈递细胞(APC)由B细胞、树突状细胞或巨噬细胞组成,对T淋巴细胞(端粒受体细胞)起“端粒供体”的作用。端粒转移后,受体T细胞变得长寿,拥有记忆和干细胞属性,使T细胞能够长期保护宿主免受致命感染。

端粒转移反应对某些端粒的延伸是端粒酶作用的30倍左右。端粒酶是一种单一的DNA合成酶,用于维持干细胞、免疫系统细胞中的端粒,存在于胎儿组织、生殖细胞和精子中。然而,它在其他细胞中不提供这种功能,导致端粒磨损。即使在这种酶天然活跃的免疫细胞中,持续的免疫反应也会导致端粒酶渐进式失活,导致端粒缩短,这时细胞停止分裂,并发生复制性衰老。

Lanna教授补充说:“免疫细胞之间的端粒转移反应为端粒酶的诺贝尔奖发现增加了证据,表明细胞能够在端粒酶作用开始前通过交换端粒来调节染色体长度。仅仅通过转移端粒就有可能延缓或治愈衰老。”

利用新的机制

在发现了新的“抗衰老”机制后,同一个研究小组确定,端粒细胞外囊泡可以从血液中纯化出来,当加入到T细胞中时,在人类和小鼠的免疫系统中都有抗衰老的活性。

研究人员发现(在人类细胞和小鼠中),纯化的细胞外囊泡制剂可以单独使用,也可以与疫苗联合使用,这种延长的持续免疫保护在原则上可以避免再次接种的需要。

或者,“端粒供体”转移反应可以在细胞中直接促进。虽然还需要进行更多的研究,但科学家们表示,这说明了预防免疫衰老和衰老的新形式的可能性。

Lanna教授总结道:“端粒生物学已经研究了40多年。几十年来,端粒酶一直被认为是负责细胞中端粒延伸和维持的唯一机制。我们的研究结果阐明了一种不同的机制,它不需要端粒酶来延长端粒,并在细胞中端粒酶仍然不活跃时发挥作用。”

*’The Hallmarks of Aging’ is a landmark paper by Kroemer et al published in Cell in 2013.

文章标题

Intercellular telomere transfer rescues T cells from senescence and promotes long-term immunological memory


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