肝脏是一个重要的器官，负责清除我们体内的毒素。因为它经常与有毒物质打交道，很可能会经常受伤。为了克服这个问题，肝脏在器官中有一种独特的能力，可以在受损后自我再生。因为随着我们年龄的增长，身体的自我修复和再生能力会下降，科学家们想知道，肝脏的更新能力是否也会随着年龄的增长而下降。

人类肝脏更新的本质仍然是一个谜。动物模型给出了相互矛盾的答案。一些研究指出，肝细胞可能是长寿的，而另一些研究则显示出不断的更替。我们很清楚，如果我们想知道在人类身上发生了什么，我们需要找到一种直接评估人类肝细胞年龄的方法，”德累斯顿屠体德累斯顿再生疗法中心(CRTD)研究小组负责人奥拉夫·伯格曼博士说。

人类的肝脏仍然是一个年轻的器官

这个由生物学家、物理学家、数学家和临床医生组成的跨学科团队由伯格曼博士领导，他们分析了多个在20岁至84岁之间死亡的人的肝脏。令人惊讶的是，研究小组显示，所有受试者的肝细胞年龄都差不多。

伯格曼博士解释说:“无论你是20岁还是84岁，你的肝脏平均保持在3岁以下。”结果表明，肝脏质量对身体需求的调节是通过肝细胞的不断替换而紧密调节的，这一过程甚至在老年人中也保持着。这种正在进行的肝细胞替代对肝脏再生和癌症形成的各个方面都很重要。

DNA越多的肝细胞更新越少

然而，并不是我们肝脏中的所有细胞都那么年轻。一小部分细胞在自我更新之前可以存活10年。这个亚群的肝细胞比典型细胞携带更多的DNA。“我们的大多数细胞都有两套染色体，但一些细胞随着年龄的增长会积累更多的DNA。最后，这样的细胞可以携带四组、八组甚至更多的染色体，”伯格曼博士解释道。

“当我们将典型的肝细胞与DNA含量更丰富的细胞进行比较时，我们发现它们在更新方面存在根本差异。典型的细胞大约每年更新一次，而DNA含量更丰富的细胞可以在肝脏中驻留长达十年，”伯格曼博士说。“随着年龄的增长，这部分基因逐渐增加，这可能是一种保护机制，保护我们免受有害突变积累的影响。我们需要找出在慢性肝病中是否有类似的机制，在某些情况下，慢性肝病可能演变成癌症。”

核辐射的教训

确定人类细胞的生物学年龄是一个巨大的技术挑战，因为通常用于动物模型的方法不能应用于人类。

伯格曼博士的团队专门研究回顾性放射性碳出生年代测定法，并使用该技术评估人体组织的生物年龄。碳是一种无处不在的化学元素，构成了地球上生命的支柱。放射性碳是多种碳的一种。它自然地出现在大气中。植物通过光合作用吸收它，就像典型的碳一样，并把它传递给动物和人类。放射性碳具有弱放射性，不稳定。考古学利用这些特征来确定古代样品的年龄。

伯格曼博士说:“多年来，考古学家已经成功地利用放射性碳的衰变来评估标本的年龄，其中一个例子就是都灵裹尸布的年代测定。”“放射性碳的放射性衰变非常缓慢。它为考古学家提供了足够的分辨率，但对确定人类细胞的年龄没有帮助。尽管如此，我们仍然可以在研究中利用放射性碳。”

20世纪50年代进行的地面核试验向大气、植物和动物中引入了大量的放射性碳。因此，在这一时期形成的细胞的DNA中含有更多的放射性碳。

1963年官方禁止地面核试验后，大气中的放射性碳含量开始下降，动物DNA中的放射性碳含量也随之下降。大气和细胞的放射性碳值相互对应得很好。

“尽管这些微不足道的量是无害的，但我们可以在组织样本中检测和测量它们。通过将数值与大气中的放射性碳水平进行比较，我们可以回顾性地确定细胞的年龄，”伯格曼博士解释道。

无与伦比的洞见直接来自源头

伯格曼小组还探索了其他被认为是静态组织的再生机制，如大脑或心脏。该团队此前曾利用他们在回顾性放射性碳出生年代测定方面的专业知识，表明新的大脑和心脏细胞的形成不仅限于产前时间，而是贯穿一生。目前，该小组正在研究是否还能在慢性心脏病患者身上产生新的人类心肌细胞。

伯格曼博士总结道:“我们的研究表明，直接研究人类的细胞更新在技术上是非常具有挑战性的，但它可以为人类器官再生的潜在细胞和分子机制提供无与伦比的见解。”

Journal Reference:

paula Heinke, Fabian Rost, Julian Rode, palina Trus, Irina Simonova, Enikő Lázár, Joshua Feddema, Thilo Welsch, Kanar Alkass, Mehran Salehpour, Andrea Zimmermann, Daniel Seehofer, Göran possnert, Georg Damm, Henrik Druid, Lutz Brusch, Olaf Bergmann. Diploid hepatocytes drive physiological liver renewal in adult humans. Cell Systems, 2022; DOI: 10.1016/j.cels.2022.05.001