麻省理工学院的生物学家回答了一个重要的生物学问题：为什么细胞能控制它们的大小?同一类型的细胞在大小上惊人地一致，而不同细胞类型之间的细胞大小不同。这就提出了细胞大小对于细胞生理学是否重要的问题。
新研究表明，细胞增大会导致干细胞功能下降。研究人员发现，造血干细胞是体内最小的细胞之一，随着它们变大，它们会失去执行正常功能(补充身体血细胞)的能力。然而，当细胞恢复到它们通常的大小时，它们又恢复了正常的行为。
研究人员还发现，随着年龄的增长，造血干细胞往往会变大。他们的研究表明，这种增大会导致衰老过程中干细胞的衰退。
“我们已经发现细胞增大是体内一种新的衰老因素，现在我们可以探索是否可以治疗细胞增大来延缓衰老和与衰老相关的疾病，”前麻省理工学院博士后JetteLengefeld说，他现在是首席研究员在赫尔辛基大学。
Lengefeld是该研究的主要作者，该研究今天发表在ScienceAdvances上。已故的安吉丽卡·阿蒙，麻省理工学院生物学教授，科赫综合癌症研究所成员，是该研究的资深作者。
超大效果
自1960年代以来，人们就知道在实验室培养皿中生长的人类细胞会随着衰老而增大——这是一种非分裂的细胞状态
这与衰老有关。每次细胞分裂时，都会遇到DNA损伤。发生这种情况时，会停止分裂以修复损坏。在这些延迟中的每一个期间，细胞都会稍微变大。许多科学家认为这种增大只是衰老的副作用，但阿蒙实验室开始研究大细胞尺寸导致与年龄相关的功能丧失的可能性。
Lengefeld研究了大小对干细胞的影响——特别是造血干细胞，它在我们的整个生命过程中产生我们身体的血细胞。为了研究大小如何影响这些干细胞，研究人员破坏了它们的DNA，导致它们的大小增加。然后，他们将这些增大的细胞与其他也经历了DNA损伤但使用一种称为雷帕霉素的药物阻止其增大的细胞进行了比较。
治疗后，研究人员通过将这两组干细胞注射到自身造血干细胞被消除的小鼠体内来测量这两组干细胞的功能。这使研究人员能够确定移植的干细胞是否能够重新填充小鼠的血细胞。
他们发现，DNA受损和增大的干细胞无法产生新的血细胞。然而，保持小的DNA损伤干细胞仍然能够产生新的血细胞。
在另一项实验中，研究人员使用基因突变来减少他们在老年小鼠中发现的天然大干细胞的大小。他们表明，如果他们诱导这些大干细胞再次变小，这些细胞就会恢复其再生潜力，并表现得像年轻的干细胞。
“这是支持尺寸对干细胞功能很重要的模型的惊人证据，”Lengefeld说。“当我们损伤干细胞的DNA但在损伤期间保持它们较小时，它们会保留其功能。如果我们减小大干细胞的大小，我们可以恢复它们的功能。”
保持细胞小
当研究人员从年轻时开始用雷帕霉素治疗小鼠时，他们能够防止血液干细胞随着小鼠年龄的增长而扩大。这些老鼠的血液干细胞仍然很小，即使在3岁的老鼠身上也能像年轻的干细胞一样构建血细胞——这对老鼠来说是一个老年。
雷帕霉素是一种可以抑制细胞生长的药物，现在用于治疗某些癌症和预防器官移植排斥反应，并因其延长小鼠和其他生物体寿命的能力而引起了人们的兴趣。Lengefeld说，它可能有助于减缓干细胞的增大，因此可能对人类产生有益的影响。
“如果我们找到专门使大型造血干细胞再次变小的药物，我们就可以测试这是否可以改善患有血液系统问题(如贫血和免疫系统降低)的人的健康，或者甚至可以帮助患有白血病，”她说。
研究人员还证明了另一种干细胞——肠道干细胞的大小的重要性。他们发现较大的干细胞生成肠道类器官的能力较差，这种类器官模仿肠道内壁的结构。
“这表明细胞大小和功能之间的这种关系在干细胞中是保守的，细胞大小是干细胞功能的标志，”Lengefeld说。
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