但时间对我们的身体和生殖系统来说是艰难的。例如，随着动物年龄的增长，我们的干细胞更新组织的效率就会降低。这对于生殖干细胞来说尤其如此，它可以转化为精子和卵子。

如果有办法暂停这个过程呢?

加州大学圣巴巴拉分校的生物学家发表了一项关于果蝇延长生殖干细胞寿命的能力的研究。发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的这篇论文描述了一种阻止雌性果蝇产卵的过程。科学家们发现，几乎每一步都被搁置，延长了干细胞的生存能力。这些见解可能会为未来的医学发现提供信息。

“我们对延长干细胞的寿命感兴趣，尤其是女性生殖细胞干细胞，”资深作者Denise Montell说，她是Duggan教授，也是分子、细胞和发育生物学部门的杰出教授。

当果蝇成虫进入寒冷黑暗的环境时，它们进入一种被称为滞育的休眠状态。这是一种季节反应，为繁殖节省能量，因为繁殖成功的可能性更大:在一年中温暖的季节。滞育可以使果蝇的寿命延长一倍，并显著延长它们的繁殖期。滞育中的果蝇吃得更少，活动更少，繁殖过程暂停;然而，它们实际上并不冬眠。

科学家们以前研究过这种现象，但大多是从行为的角度。“这就是这项研究的新颖之处，”蒙特尔说。“我们在仔细研究细胞生物学，事实证明这非常有趣。”

“详细研究这一过程可以给我们提供如何减缓干细胞衰老的线索，”蒙特尔实验室的项目科学家、第一作者斯里桑卡尔·伊斯瓦兰补充说。

压力下的雌性果蝇会在卵子发育的特定阶段暂停卵子发育——卵细胞的产生。Montell, Easwaran和他们的团队在滞育期间也发现了这种现象，但它超出了这个阶段。在滞育期间，卵子发育的停止比在其他压力条件下(比如捕食者存在或蛋白质缺乏时)要彻底得多。不仅捕集更彻底，而且繁殖能力的恢复也更强。

如果生长卵细胞就像安装新软件，那么压力反应就像暂停下载去处理一件差事。相反，滞育就像退出安装，然后在稍后的时间点重新启动这个过程。

蒙特尔解释说:“拦截如此彻底的原因之一是，开发的每一个阶段都被搁置了。”例如，一个生殖系干细胞通常会分裂成两个子细胞。其中一个继续分裂成为卵子，而另一个仍然是干细胞，准备稍后重复这一过程。

研究小组发现，在滞育过程中，子细胞在胞质分裂阶段相互掐断之前，这一过程被冻结。结合的细胞有两个不同的细胞核，但仍然附着在一起。一旦条件恢复，果蝇从滞育中出来，这个问题就解决了。

研究人员还发现，DNA损伤的积累激活了p53，这是一种阻止细胞复制的基因损伤检查点蛋白。细胞通常有一定数量的复制潜力:“它们只能分裂一定数量的次，然后就会疲劳而停止，”蒙特尔说。通过阻止复制，p53保留了细胞自我修复和随后恢复分裂的潜能。

蒙特尔和伊斯瓦兰很好奇他们是否能破解这个系统，在正常条件下延长生殖干细胞的寿命。他们的目标是一种叫做青春激素的分子。这种化合物在卵子生产中发挥作用，研究人员发现，在滞育期间，这种化合物的含量降低。

他们移除了产生幼激素的细胞，这种激素会阻止卵子的产生，然后在六周后将这种激素重新引入动物的食物中。他们发现，暂时去除这种激素延长了果蝇的生殖潜能，类似于滞育，而当再次引入这种化合物时，果蝇的产卵能力就恢复了。

蒙泰尔强调，这只是他们研究滞育现象的开始，研究结果可能会在人类医学中得到应用。“我们知道，在非常简单的生物体中发现同样适用于人类的东西是可能的，”她说。例如，她对果蝇细胞运动的研究，发展成为癌症在全身扩散方式的强有力模型。

她说:“我们有国家衰老研究所的拨款来研究这一滞育过程，因为该机构绝对相信，这种在简单动物身上进行的基础研究可以告诉我们在人类身上也适用的情况。”

伊斯瓦兰也相信这一点。“我们在论文中展示的结果可以帮助减少与年龄有关的疾病或状况，”他说，“帮助我们优雅地衰老。”

Journal Reference:

Sreesankar Easwaran, Matthew Van Ligten, Mackenzie Kui, Denise J. Montell. Enhanced germline stem cell longevity in Drosophila diapause. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-28347-zh 3, 2022).