科学研究证实,人体衰老的原因是组织器官功能退变,本质上是组织细胞更新换代不足,组织细胞数量减少和活性降低。在生理状态下,组织细胞的减少是通过细胞凋亡途径实现的,细胞凋亡是在相关基因控制下机体及时清除衰老或异常细胞的程序性细胞死亡,是一种正常的生理清除机制。细胞数量的增加是通过细胞增殖分裂实现,机体通过细胞增殖和细胞凋亡机制实现了两者之间的平衡,维持了机体内环境的稳态。一旦这种平衡被打破,就会对机体产生破坏性的影响,比如凋亡过度就会引起老年性痴呆、肌肉萎缩、发育异常等疾病,而凋亡不足则可导致各种肿瘤和免疫系统疾病等。同样,细胞增殖异常,也会导致机体器官功能衰退,西安脐血干细胞存储引发一系列复杂的疾病。那么,细胞增殖是如何实现的呢? Petersen等在肝再生实验中发现,残余的肝细胞可以进入分裂增殖状态,如果选择性地抑制成熟肝细胞的增殖,肝内幼稚的卵圆细胞仍能再生完成肝再生。进一步研究发现,肝内卵圆细胞可以来自骨髓干细胞,而且在肝内终可分化为成熟的肝细胞。
成熟肝细胞是至今发现的少数可以再生的细胞,人们相信绝大多数成年组织器官都是通过干细胞更新与增殖实现衰老、凋亡组织细胞的更新和补充,包括骨骼、软骨、肌肉、血液、骨髓、脑、心脏等。人们普遍认为,在各种细胞因子的趋化作用下,骨髓干细胞通过血液循环系统穿过毛细血管网进入各种组织,并在局部组织微环境条件下分化为组织干细胞,这些组织干细胞再通过增殖分化方式演变为组织特异性成熟细胞以弥补衰老、损伤而凋亡的细胞,也就是说这些组织干细胞其实是来源于骨髓原始干细胞的不断补充。但也有的学者认为,成年组织内存在的这些组织干细胞是胚胎发育过程中遗留的原始干细胞。不过有一点是确定的,造血系统通过血液循环系统与机体所有组织器官连接相通,使得血液细胞和免疫细胞无孔不入并不断更新,当机体组织损伤如肝切除后,可以检测到外周血液中循环的细胞成分发生了变化,比如循环的间充质干细胞明显增多,提示骨髓作为造血器官不是孤立存在的(图2-1)不管这些组织特异性干细胞究竟来源于哪儿,科学家们几乎都认为机体组织器官功能的维持是由干细胞独特的自我新方式来实现的,成体干细胞在分化产生成熟组织细胞的同时又复制了足够的干细胞备用。例如,造血干细胞通过一系列的分化演变,形成了T淋巴细胞、B淋巴细胞、自然杀伤细胞、粒细胞、单核巨噬细胞、西安脐血干细胞存储红细胞和血小板等血液系统的功能细胞,这些子代细胞具有不同的细胞功能但不再具有自我更新能力,经过一定生存周期之后就通过凋亡机制消亡。骨骼肌干细胞处于静息状态位于骨骼肌细胞与基底膜之间,一旦肌肉损伤这些干细胞就被激活通过增殖、融合等方式形成多核的骨骼肌细胞,而部分干细胞重新进入静息状态。复杂的器官,不同组织细胞可能起源于不同的成体干细胞,但都是通过干细胞的自我增殖更新和分化维持器官结构和功能的稳定。一旦这种稳态失衡,如组织特异性干细胞变异为肿瘤干细胞,使得细胞自我更新异常加快,就可引起细胞及其子代细胞的生长不受调控而形成细胞增生性疾病,例如肿瘤。同样,如果细胞的自我更新异常减弱或障碍或者干细胞分化出现异常,将导致干细胞数量减少或功能不足,均表现为组织器官的功能低下甚至组织器官衰竭,形成各种退行性疾病,例如阿尔茨海默病( Alzheimer disease,AD,又称老年性痴呆)各种老年性退行性关节炎,都是老年人常见的一种退行性神经病和退行性骨病。当然,各种组织损伤本质上也是干细胞缺失或数量不足。像肿瘤、老年性痴呆、退行性关节炎这些起源于干细胞的疾病,称之为干细胞疾病,越来越引起人们的关注。事实上,从受精卵开始,细胞不断增殖和分化发育为一个年轻的个体,出生后又继续生长发育到成熟阶段,然后就逐渐衰老直至死亡。西安脐血干细胞存储衰老是一个自然渐进发生的生理过程,往往伴随机体2/3的生命过程,可见关注衰老就是关注了大半个人生。衰老究竞如何发生,一直是医学研究的重点之一。
成体组织中的干细胞种类繁多,主要是因为不同组织来源的干细胞在形态结构、生长特性、表型标志及分化潜能方面存在一定差异,但都具有类似的功能特征。造血干细胞和间充质干细胞是发现较早、研究报道较多的两种成体干细胞。造血干细胞是研究和临床应用的成体干细胞。在长期的临床实践中人们发现,在幼年时期,随着年龄的增长,人体骨髓中的造血干细胞数量在增加;但在成年之后,造血干细胞的数量和活性随年龄的增长而明显降低,导致机体造血功能下降,严重时还会出现贫血。老年人的造血干细胞在应激造血等外界环境刺激下反应速度明显降低,这些结果提示造血干细胞的生物学特性的维持有时间限度,造血功能的衰退对全身的代谢、免疫、抗病能力下降。间充质干细胞是近年来研究较多的成体干细胞,研究发现间充质干细胞在体外扩增传代到一定程度后会表现出明显的老化特征,比如增殖速度减慢、形态特征改变、分化能力降低等。间充质干细胞早发现存在于骨髓,后来已经证明间充质干细胞广泛分布于机体全身组织器官,西安脐血干细胞存储是目前研究较多的一类成体干细胞之一,具有良好的体外生长、促损伤修复和调节炎症与免疫的功能。间充质干细胞的数量随着年龄增长和身体虚弱而下降,比如新生儿的间充质干细胞的数量多、细胞活性好,到了80岁时数量大约下降50%,细胞活性则降幅远超过50%。更多的研究证实,衰老其实就是成体干细胞的衰老,比如老年性痴呆患者脑组织内的干细胞不仅数量减少,活性也降低。