美国已经开始了用年轻人血浆治疗老年性痴呆的临床研究,这个研究涉及到一种共生动物研究模式,本文根据今天《自然》杂志上的一篇新闻特写,给大家介绍这一精彩的历史。认真关于这一历史,留给我们的许多思考。为什么一种非常让人激动的研究技术会在生物技术蓬勃发展的世代被埋没,被学术界放弃。一个具有一定风险的临床技术,为什么经过一定时间后,才被一家私人公司启动开展临床研究。这一具有故事性,应用前景极大的研究领域,为什么没有引起国际范围的关注。只是在《自然》等杂志近年进行广泛宣传,尤其是2014年《科学》杂志将该研究评选为年度科学突破,这一现象才引起大家的关注。这一历史中,建立了共生动物实验方法的学者是法国著名气体生物学家PaulBert,因为PaulBert是潜水医学鼻祖一直是我所敬仰的学者,他在1887年第一个介绍了氧气的毒性,我也曾经在氧气的毒性专题中专门介绍他。

 

两只小鼠共享血液循环的实验是一种非常古老的研究方法,科学家发现瘦素也正是依靠这种实验获得的重要线索,遗传性肥胖动物体内存在一种能抑制正常动物食欲的激素,这样共享肥胖动物血液的动物不会因为血液共享而肥胖,反而会因为食欲不振而瘦弱。

 

 

最近科学家利用这种动物发现一种现象,就是年轻动物血液中存在抗衰老的激素和成分,能让共享年轻同伴血液的老年动物变得年轻,心脏功能会提高,这一研究被《科学》评为2014年10大科学进展之一。

 

 

1864年,法国著名气体生物学家(潜水、航空和高原医学得共同鼻祖)PaulBert描述了一种不寻常的外科手术手段ParABIosis,是将2只老鼠的循环系统衔接成一个。Bert将2只动物如老鼠的侧身切开,之后将它们被切开的皮缝在一起,这样一来它们的身体将相互接触。当伤口愈合后,1只动物的毛细血管会渗入到另外1只动物的身体组织之中,2只动物将共用同一个循环系统,相互间输送营养。

 

这种研究技术不是经常被使用,科学家一般是为了研究两种动物循环血液中是否存在不同的生物活性因子,利用这种方法科学家曾经在内分泌学、肿瘤生物学和免疫学领域曾经作出过突破性发现,如前所介绍瘦素的发现就是这种研究思路。不过这些研究一般都是出现在35年前,不知道什么原因,1970年代后这种技术逐渐淡出。

 

最近几年,一些实验室重新开展这一古老研究技术用于抗衰老研究,并获得了重要进展。研究发现,年轻动物血液中存在抗衰老因子,能让衰老的动物重新焕发青春。这种效应可体现在心脏、大脑、肌肉等几乎所有器官,年轻动物血液让年老动物的器官恢复到年轻状态,让动物变得更强壮、更聪明和更健康。这些动物的毛发变得更有光泽。现在这些实验室开始确定年轻动物血液中到底那些成分产生了这些效应。2014年9月,加州启动一项临床研究,验证年轻人血液是否能治疗老人的老年性痴呆。这将是第一项这类临床研究。

科学家们的看法

许多科学家对这一研究的看法比较谨慎,如哈佛大学干细胞学家AmyWagers,他曾经从年轻动物血液中发现中发现一种可让肌肉年轻的分子,但Wagers认为,人类不是可重生的动物,她也不承认肌肉年轻因子真的让肌肉变年轻,而不过是提高肌肉抗损伤修复能力而已。她强调说,没有人会相信年轻血液能让人寿命延长。不过她说年轻人血液或血液中的某些因子确实能帮助老年人从损伤、老年性质疾病中恢复健康(这不是自相矛盾?)。

 

NIH老年研究所神经科学实验室主任MarkMattson说这种方法非常让人激动,他用半开玩笑的语气说,甚至让人们会希望将自己儿女的血液采集储存下来,当自己将来开始认知能力有问题时使用。

 

1864年,法国科学家PaulBert将2只动物如老鼠的侧身切开,之后将它们被切开的皮缝在一起,这样一来它们的身体将相互接触。当伤口愈合后,2只动物的毛细血管相互渗透到对方身体组织中,2只动物将共用同一循环系统,形成共生系统。Bert发现,给一只动物静脉注射药物,能通过这种共循环进入另一只动物体内,他因为这一研究于1866年获得法国科学院奖励。此后,Bert的实验程序一直被使用,并也尝试用在水螅、青蛙和昆虫等动物研究,不过最有效的仍然是啮齿类动物,这些动物手术后恢复最理想。到20世纪中期,科学家使用共生大鼠和小鼠开展了大量研究。例如,一个小组采用这个研究否定了血糖是在龋齿产生原因的观点,因为给其中一个动物喂葡萄糖,另一个动物血糖水平也能保持正常,但是只有吃糖的动物会患龋齿。

 

纽约康奈尔大学生物化学家和老年病学家CliveMcCay最早使用共生动物研究衰老。1956年,他的小组使用69对共生大鼠,这些动物都是老年和年轻动物的共生,例如有一对动物分别是1.5月龄和16月龄,这分别类似于人类的5岁和47岁。这次研究不那么完善。当时作者记录是:如果实验动物位置不那么合适,一个动物会不停啃食另一只动物的头,直到将其咬死。69对动物中,其中11对死于一种神秘的共生病parabioticdisease,考虑到这种病一般发生在手术后1-2周,推测这可能属于一种异体组织排斥反应。

 

今天,共生手术可进行更精细的操作,动物存活率更高。斯坦福大学神经病学家ThomasRando曾经开展过这一研究,为解决动物生存的问题,他们和动物专家进行很长时间的讨论,尽量选择同样性别,大小接近,共同生活2周以上能和平共处的动物进行共生,手术也在无菌条件下,手术过程给动物保持体温,使用抗生素预防感染。选择遗传背景接近的实验动物,以减少发生共生病的危险。共生动物能正常进食、饮水和其他行为,并能进行分离。

 

在McCay的共生动物衰老研究中,老幼共生动物生活9-18个月后,年老动物的骨骼的重量和密度变的和年幼同伴接近。

 

McCay等研究15年后的1972年,加州大学2名科学家对这种动物寿命进行了研究,发现这种共生的老年动物寿命可以延长4-5月,说明年轻动物血液中存在能延长动物寿命的成分。

 

这些研究结果显然非常让人激动,但是这种研究竟然没有继续开展,有研究人员对这段历史回顾后猜测,当时这些科学家也许觉得研究已经实现了所有目标,或者是因为向研究机构申请使用这种研究方法的许可标准太高,总之不知道具体什么原因,这种研究突然被中断。直到一名干细胞生物学家IrvingWeissman重新启用这种研究方法。

 

1955年,在蒙大拿大瀑布的一个小镇医院病理学家的指导下,Weissman在16岁时开始学习这种实验方法,他的导师正在研究移植抗原,移植抗原是细胞表面上蛋白质,是决定移植物可以被宿主接受或排斥的关键成分。

 

Weissman记得给一只共生动物血液内注射一种荧光物质,观察这种物质在两只动物之间的运输过程。他说这一实验非常有意思。后来的30年,Weissman使用天然共生动物史氏菊海鞘研究干细胞和再生。1999年,Weissman斯坦福大学实验室一个新招的博士后Wagers希望研究血液干细胞的运动和命运,Weissman建议他采用共生小鼠结合荧光标记细胞的方案。Wagers的实验很快获得了成功,在2001年后在《科学》发表2篇论文,这一研究引起她们斯坦福一些同事的关注。

 

2002年,Rando实验室的博士后IrinaConboy在一些journal-club文献阅读活动中介绍了Wagers《科学》的文章,Irina的老公和同事MichaelConboy当时正在打瞌睡,但是共生实验的内容一下子让他完全没有了睡意。Michael说,我们长期以为衰老似乎是所有细胞一起进行的过程,因为所有的组织都属于一个机体,我们无法分别对不同组织进行研究,如果用共生动物,完全可以解决这个困惑。他认为这个研究方法能回答这个多年来困惑学术届的问题。会后他马上去找Irina和Rando,但他还没有完全阐述完自己的想法,Rando就说:“我们干吧。”研究小组立刻成立,吸收隔壁的Wagers加入团队,Wagers负责共生动物手术,并教Michael掌握这个手术。

 

Rando说他开始并没有想到这个思路能成功,但最后发现竟然真的可以。5周后,年轻血液将老年动物的肌肉和肝脏细胞变的年轻,衰老的干细胞重新开始分裂。这个小组还发现,年轻动物的血液能促进老年动物大脑细胞的再生能力,虽然这个结果没有在2005年《自然》论文中展示。总之,这些研究发现年轻血液中存在抗衰老因子是确定无疑的。文章发表后,Rando接到许多电话,一些人来电希望寻找能提高建美男人肌肉的方法,也有人对这种抗衰老方法有极大兴趣,大家都希望了解是否年轻血液是否能延长寿命。但是尽管这种研究在1970年代就有线索,但并没有任何人类研究结果,因此这个问题目前并没有答案。

 

团队大部分成员都继续努力寻找血液中的抗衰老因子,2008年,加盟到加州大学伯克利分校的Irina和MichaelConboy夫妻从促细胞分裂的Notch信号激活或灭活阻断细胞分裂的TGF-β信号角度探索肌肉抗衰老机制。

2014年,他们又从血液中鉴定出一种抗衰老激素催产素oxytocin,催产素的经典作用是促进分娩,是FDA批准促分娩药物。随着年龄增长人类血液中催产素水平逐渐下降,给老年动物注射催产素后,几周后肌肉干细胞被激活,肌肉再生能力提高。

 

2004年后,Wagers开始在哈弗大学建立自己的实验室继续开展抗衰老研究,她招募各种领域的学者,帮助她研究年轻血液对各种器官的抗衰老效应。在剑桥大学神经科学家RobinFranklin协助下,她的小组发现年轻动物血液能促进老年动物脊髓损伤的修复。在哈佛大学神经科学家LeeRubin协助下,她发现年轻动物血液能促进大脑和嗅觉系统神经元再生。在哈佛大学妇科医院心脏病学家RichardLee协助下,她发现年轻血液能使年老动物肥厚的心脏重新变薄,功能增强。Wagers和Lee开始对年轻血液中的蛋白进行筛选,其中一个蛋白是GDF11,她们的研究发现,直接注射GDF11也能让衰老肥厚心脏重新变薄的效应,并能逆转肌肉干细胞DNA损伤。目前没有Wagers实验室以外的团队重复她们的研究,但是有人发现果蝇有一种能延长寿命和保护肌肉退化的蛋白。

 

其他学者也开始跟进这种研究,Wyss-Coray在Rando隔壁实验室工作,他曾经发现老年人和老年性痴呆患者血液中某些蛋白水平明显高于年轻健康人,为对Rando未发表的关于大脑的研究跟进,Wyss-Coray使用老幼共生小鼠研究发现,共生的老年动物大脑神经元再生能力确实增加,而共生的年轻动物大脑神经元再生能力下降,血浆交叉注射也能产生同样的效应。随后对整个大脑功能进行分析后发现,年轻血浆具有促进老年动物大脑可塑性,提高动物学习和记忆能力。Wyss-Coray说简直不敢相信这些结果。有同样感觉的不只是Wyss-Coray,他们在投稿过程中也遇到有这种感觉的审稿专家,他们第一次投稿就被拒稿,意见认为这种结果好地无法让人相信。然后他们又在加州大学旧金山分校,让,不同的研究人员使用不同的实验设备用了1年时间重复这个实验,结果是一样的,他们不能不相信自己的结果了。

2014年5月,Wyss-Coray终于在《自然医学》发表了他们的研究结果,随后受到一家香港的企业关注,这家企业归属的家族有一种家族性老年性痴呆。报告说其中一个家族成员接受一次输血浆治疗后症状出现一过性好转。这个公司已经赞助启动经费,支持Wyss-Coray开展年轻血浆治疗老年性痴呆的临床研究。为此,Wyss-Coray在加州门洛帕克注册成立了一个公司Alkahest,2014年9月,Alkahest在斯坦福开始RCT临床研究,研究使用年轻人血浆治疗老年性痴呆的安全性和有效性。计划18名50岁以上的老年性痴呆患者,接受30岁以下男性健康人的血浆治疗,目前已经有6名受试者接受了治疗。研究将根据患者的临床表现、大脑扫描和血液疾病相关生物标志物等进行效果分析。

 

过去20年,科学家先后提出多种抗衰老的方法和概念,其中最著名的4种包括热量限制、葡萄皮化学成分白藜芦醇、端粒酶、免疫抑制剂雷帕霉素和干细胞,只有热量限制和雷帕霉素发现能逆转多种哺乳动物多种组织的衰老,但没有任何一种方法被用于抗衰老治疗。在灵长类动物的研究发现热量限制存在相互矛盾的结果,雷帕霉素毒性作用比较大。年轻血液抗衰老研究是否值得期待,只能等1年后的研究结果,不过Wagers担心这个研究可能不成功,因为30岁年轻人是否存在足够的抗衰老因子并不知道,是否存在能对抗老年性痴呆的因子也不清楚。他们也考虑尝试能使用明确结构的分子开展更具有把握的研究。也有人担心这种方法存在一定风险,不过血液和血浆输入已经经过长期的临床应用,安全性是有足够把握的。比较让人担心的问题是,几乎必然的是许多不法商人会立刻启动这种商业行为,干细胞领域早就已经出现了这种乱象。让我们了解这一明确的学术观点:目前并没有证据证明年轻人的血液能抗衰老。