上万个女性眼睑细胞“吐露”衰老的秘密

2020年12月08日  来源：科技日报

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无论轻熟女还是“白骨精”，弄潮女性最关心的问题却总是同一个——究竟是什么决定了年轻态？

11月25日，我国科学家在《发育细胞》杂志上发表研究论文称，他们用目前精度最高的生物技术对这个关键的问题进行了解答。

“我们对35678个眼睑皮肤细胞进行了单细胞测序，获得了大约530个GB的数据。”论文通讯作者之一、中国科学院北京基因组研究所研究员张维绮告诉科技日报记者，他们与中国科学院动物研究所刘光慧研究组、曲静研究组合作，通过分析单细胞测序技术获得的基因表达数据，从上万个细胞中找到了年轻皮肤细胞与衰老皮肤细胞在分子水平上的区别，锁定了决定年轻与否的关键因子。

眼睑皮肤蕴含你的年龄秘密

“在全身的皮肤中，脸部皮肤的衰老非常明显。”张维绮解释，而在衰老的过程中，眼睑又最为明显。眼睑皮肤的衰老是全身衰老的“先锋队”和“缩影”。

“有研究表明，AI人脸识别的模型中就包括了眼部皮肤的识别模型，这种模型通过人脸识别的方法，能够较为精确地预测人的年龄。”张维绮说。

正因为如此，研究团队在诸多人体细胞中，选择了人类的眼睑细胞作为研究对象。“我们的样本来自整形医院的重睑术。”张维绮说，这使得关于衰老的研究能够在人体细胞上直接进行，而此前的大部分研究是基于实验动物，难以准确揭示人体内衰老的规律。

获得年轻、中年和年老3个代表时期的人眼睑皮肤样品花费了团队很长时间。“通过传统的染色方法，我们证明这些皮肤细胞是存在明显年龄区别的。”张维绮说，3个年龄段的细胞在表皮厚度、真皮胶原密度等方面都有一系列增龄变化。

单细胞测序“摸底”衰老因子

近些年，单细胞测序技术的精度日益提高，人们能够通过该技术了解一个小细胞中发生了什么。

把这些细胞集合到一起之后就汇成了一个涵盖细胞所有基因表达情况的图谱。图谱由每个细胞的信息大数据组成，任何一个细胞的“异动”都能够被感知。

单细胞技术可以“摸底”人皮肤衰老过程中细胞和分子水平的改变，研究人员进而绘制出了不同年龄段的多种皮肤细胞类型的基因表达图谱。

“包括表皮基底细胞、有棘细胞、颗粒细胞、黑色素细胞、真皮细胞等在内的各种皮肤细胞都有自己的‘画像’。”张维绮说，就像人脸识别用的是人脸信息大数据，细胞“画像”用的是它的分子表达。

“我们发现，富含表皮干细胞的表皮基底细胞在个体间差异最大。”张维绮说，干细胞的状态与年轻态密切相关，表皮基底细胞也因为具有较高的异质性被分为6个细胞亚群。

数据分析显示：中年组（40岁以上）与老年组（70岁左右）受试者的皮肤有更为相似的转录组特征，年轻组（20岁左右）受试者的皮肤细胞特性明显不同。

“这表明，眼部皮肤在中年时期已经衰老化。尽管肉眼看不出来，但是基因表达的特征已经呈现衰老。”张维绮说，多种衰老皮肤细胞的基因表达呈现出DNA修复能力降低、生物大分子损伤的增加等。

找到最关键的“减龄”路径

这是在国际上首次报道人类眼部皮肤衰老的单细胞转录组图谱。为了让学界认可其中“划重点”的衰老症状，科学研究还需要完整的闭环验证。

“我们在实验用细胞的单细胞图谱中看到某些表达下调了，那么这种情况有没有发生在其他的人身上呢？”张维绮说，为此团队又通过显色的方法证明，随着衰老的加剧，同样的变化也发生在其他13人的眼睑样本中。

经过生物信息数据的挖掘和反向验证，研究团队发现基底细胞中的KLF6和真皮成纤维细胞中的HES1这两种生长因子的下调能引发皮肤衰老。

“我们又分别在所培养的细胞中，阻止了KLF6和HES1的表达，结果表明这些细胞的衰老被加速，而反过来激活表达却能够延缓细胞衰老。”张维绮说。

有了判断细胞年轻和年老的“标尺”，团队在体外培养了眼睑皮肤细胞，并从生物活性小分子库中选用了一些物质，研究它们是否能够延缓衰老。

最为稳定和高效，细胞水平上的不同实验证明了它能够延缓人真皮成纤维细胞的衰老。”张维绮说。