在此前的研究中,科研人员发现在实验小鼠中降低ERCC1-XPF内切酶(Ercc1基因可编码一种关键的DNA修复蛋白)的表达会破坏内源性DNA的损伤修复,并在多个组织中加速内源性氧化损伤和衰老细胞的累积,这会导致小鼠过早出现与衰老姓疾病与病理学特征。人类中也同样如此。
1.敲除小鼠造血细胞中的Ercc1基因,制得免疫细胞衰老小鼠模型。
2.观察检测免疫细胞衰老小鼠模型和正常小鼠的在衰老相关变化。
3.移植年轻的免疫细胞。将基因敲除小鼠的脾脏细胞移植到正常小鼠,将正常小鼠的脾脏细胞移植到基因敲除小鼠,看衰老相关变化。
4.雷帕霉素治疗基因敲除小鼠。
首先要制作免疫细胞衰老小鼠模型。研究人员在小鼠造血细胞中敲除了Ercc1基因,实现只有免疫细胞衰老的目的,以探讨免疫系统衰老对机体衰老的影响。
推荐阅读:70岁 VS 20岁,一起看看他们的免疫细胞究竟什么区别?
研究人员发现,基因敲除小鼠成年后表现出免疫过早衰老,其特征是特异性免疫细胞群的损耗和衰老以及免疫功能受损,并与正常小鼠在自然衰老的变化类似。具体表现在:免疫细胞数量显著减少,且伴随年龄的增长细胞数量持续下降;脾脏和胸腺重量降低;细胞衰老标志物(p16、p21)表达显著升高,同时表达SASP,且基因敲除小鼠的免疫细胞(B细胞、T细胞、巨噬细胞和NK细胞)中p16和p21水平显著升高,SASP在免疫细胞(T细胞、巨噬细胞和NK细胞)中的表达同样增加。
图1.造血细胞中Ercc1的缺失导致免疫加速老化
老年的基因敲除小鼠肾脏、肝脏、肺等多种组织中细胞衰老相关标志物(p16和p21)表达增加(图2),但在年轻的基因敲除小鼠中未观察到此现象,说明免疫细胞衰老优先于外周衰老。
图2 免疫系统衰老导致非淋巴器官的衰老和组织稳态丧失
值得注意的是,在基因敲除小鼠中观察到的衰老和氧化应激,造成l其他正常组织的损伤,说明衰老的免疫细胞可促进全身性衰老。
图3.将老化的脾细胞移植到年轻小鼠体内会加速它们的衰老
推荐阅读:【科学普及】中国科学院院士 董晨:免疫疾病与免疫治疗
研究人员将基因敲除小鼠或正常老年小鼠的脾细胞移植到年轻小鼠体内,发现也会加速后者的衰老;而将正常年轻小鼠的脾细胞植入基因敲除小鼠体内,则发现可减缓后者的衰老(图3)。进一步说明衰老的免疫细胞会促进全身衰老,而年轻免疫细胞移植则可延缓衰老。
图4.雷帕霉素改善了小鼠的免疫功能
最后,研究者用雷帕霉素治疗小鼠。结果显示,雷帕霉素可降低免疫细胞中的衰老标记物、提高免疫功能。说明小鼠免疫功能获得改善,证明了免疫衰老可以被调节,为延缓衰老提供了有效策略。