2。 Parabiosisの物語

血液が私たちの臓器を活性化させることができるという主張は、2005年と2010年にスタンフォード大学医学部のある研究グループによって活性化 これらの研究は、組織の再生能力が年齢とともに低下することを示す観察から生じた。 筋肉、血液、肝臓、および脳などの組織では、この低下は、組織特異的な幹細胞および前駆細胞の応答性の低下に起因している。 しかし、若い宿主の筋肉に移植すると老化した筋肉は正常に再生するが、若い筋肉は老化した宿主に移植すると再生障害を示す。 局所的または全身的要因のいずれかが、これらの相互作用の原因である可能性がある。 全身因子が若い動物の組織の再生を支持し、および/または古い動物の再生を阻害できるかどうかを試験するために、2005年のConboyらの論文は、移植とは対照的に、高齢動物の再生組織が若い動物の循環因子にのみ暴露され、その逆もまた同様である実験的なセットアップを報告した。 そこで、若いマウスと古いマウスの間のパラバイオティクスのペアリング（ヘテロクロニックパラバイオシス）を確立し、対照として若いマウスと古いマウスの間のパラバイオティクスのペアリング（アイソクロニックパラバイオシス）を確立した（図）。 1). Parabiosisでは、二つのマウスは外科的に結合され、彼らは彼らの共通の循環系を介して生理学的レベルで細胞と可溶性因子の迅速かつ連続的な交換と共 Parabiosisは、共有循環系が作成されたかどうかを確認するために、生理学者Paul Bertによって1864年に発明されました。 ニューヨークのイサカにあるコーネル大学の生化学者で老年学者であるClive McCayは、老化の研究にパラビオシスを初めて適用したが、この技術は1970年代以降、多くのラットがパラバイオティック病と呼ばれる神秘的な状態で死亡した可能性が高く、パートナーが参加してから約1〜2週間後に発生し、組織拒絶反応の一形態である可能性があるため、支持されなくなった。 XXI世紀の初めにのみ、スタンフォード大学のIrving WeissmanとThomas A.Randoは、血液幹細胞の動きと運命を研究するために、パラビオシスを生き返らせました。p>

パラビオシス。 二つのマウスは、共通の血流を共有する一緒にステッチされています。 異時性parabiosisは、若いマウスが外科的に高齢のパートナーに結合されているときであり、等時性parabiosisは、若い-若いまたは古い動物のペアに言及されています。 Refから変更されました。 Nature Publishing Groupの許可を得ています。

スタンフォードグループは、パラビオシスの設定で筋肉再生と肝細胞増殖を調査しました。 筋損傷後，成体動物における筋管再生の特異的マーカーであるはいミオシン重鎖を発現する筋管の形成によって筋再生を研究した。 傷害の五日後，等時性および異時性パラバイオシスの若い動物の筋肉は頑健に再生していた。 対照的に，古い等時性パラビオンからの損傷した筋肉は再生不良であった。 特に、若いマウスとparabiosisは有意に古いパートナーの筋肉の再生を強化しました。 老化した筋肉の再生は、ほぼ独占的に居住者、老化した前駆細胞の活性化によるものであり、若いパートナーからの循環前駆細胞の生着にはなかった（GFPのトランスジェニックヤングパートナーから誘導された緑色蛍光タンパク質発現細胞の0.1％未満の存在によって判断される）。 加齢に伴う筋肉再生の喪失は、筋肉損傷後のノッチリガンドデルタのアップ調節における加齢関連障害によるものであるため、デルタ発現も研究された。 特に、異時性パラビオンの高齢のパートナーからの衛星細胞は、彼らの若いパートナーとパラビオティクスのペアリングを受けていない若いマウスで見ら 2).

古いマウスの筋肉、肝臓、脳の老化と異時性パラビオシスによる若返り。 損傷時の骨格筋の再生は、年齢とともに失われるノッチリガンドデルタのアップレギュレーションと関連している（上部パネル）。 若い動物における肝細胞増殖は、高齢マウス（中間パネル）と比較して、cEBP-α-brahma（cEBP-α-Brm）複合体の減少と相関している。 若い動物は、神経幹細胞が存在する脳の脳室下ゾーンで神経新生および血管新生を増加させることができるが、高齢動物はできない（下のパネル）。 原則として、ヘテロコニックパラビオシスは、可溶性因子および細胞を移すことによって、老化のすべての表現型および分子の特徴を元に戻す。

肝臓研究の場合、および筋肉の場合と同様に、古い等時性パラビオンにおけるアルブミン陽性細胞の増殖は、若い等時性パラビオンで観察されたものよりも少なかったが、若いパートナーへのパラビオーシスは、高齢マウスにおける肝細胞増殖を有意に増加させた。 また、筋肉のように、高齢マウスにおける肝細胞増殖の増強は、若いパートナーからの循環細胞の生着ではなく、常駐細胞によるものであった。 肝細胞前駆細胞増殖の低下は、cEBP-αとe2F駆動遺伝子発現を阻害するクロマチンリモデリング因子ブラーマ（Brm）を含む複合体の形成によるものである。 肝細胞再生への影響と並行して、cEBP-α-Brm複合体の形成は、古い異時性パラビオンから肝臓で検出されたが、若い等時性パラビオンからは検出されず、古い異時性パラビオンでは複合体が減少した（図。 2). 最後に、筋肉と肝臓では、古いマウスとパラバイオティクスのペアリング後の若いマウスの前駆細胞増殖の減少に気づき、古いマウスにはパラバイオシス時に希釈される阻害因子が豊富に含まれていることを示唆している。 全体的に、このデータは、組織特異的前駆細胞の活性化または阻害に重要な分子シグナル伝達経路を調節することができる全身因子があることを示し、若い動物の全身環境は成功した再生を促進するものであるが、高齢動物のそれは成功した組織再生を促進または積極的に阻害することができないことを示した。 最後に、この研究はまた、組織特異的な幹/前駆細胞は、古い場合でも、その固有の増殖可能性の多くを保持することを実証したが、前駆細胞が存在する全身環境および/またはニッチにおける年齢に関連した変化は、生産的な組織再生のためのこれらの細胞の完全な活性化を排除する。

2010年の論文では、Wagersらは、in vivo parabiotic mouse systemを用いて、造血幹および前駆細胞（Hspc）の老化における局所的な微小環境ニッチ関連および全身因子の役割が何であるかを把握し、hscの頻度および長期Hscの数（LT-Hsc）を研究した。 コンジェニックマーカーは、高齢者対若いパートナーからHSCsを区別するために使用されました。 加齢は、血液再構成のための能力の低下と移植後の分化の可能性を歪め逆説的に結合HSPCsのかなりの拡張によって骨髄のレベルで伴っています。 高齢異時性パラビオンはＬＴ-Ｈｓｃの有意な減少を示し，これは正常な”若々しい”レベルに近づいた。 特に、この効果は、高齢者のHSC集団自体の変化から生じ、高齢者のパートナーの骨髄への「若い」細胞の人身売買には生じなかった。 さらに，異時性パラビオシスは，生着電位と骨髄細胞に対するＢリンパ系の若々しい比の回復によって証明されるように，高齢マウスにおけるＬＴ-ｈｓｃ機能の回復を誘導した。 Ｈｓｃと同様に、高齢マウスから単離可能な骨芽細胞ニッチ細胞の頻度および総数の両方が、若い対照と比較して増加した。 また，ｈｓｃの拡張を示す高齢骨芽細胞ニッチ細胞と若い骨髄細胞との相互作用のｉｎｖｉｔｒｏ実験は，骨芽細胞ニッチ細胞の年齢に関連した変化を元に戻すことによって間接的にｈｓｃ活性化効果が起こることを示唆した。 実際に、骨芽細胞の頻度および数は、高齢動物がヘテロコニックパラビオシスで若い全身環境を経験したときに若々しいレベルに復元されました。 さらに，老化異時性パラビシスから単離されたニッチ細胞は，老化異時性パラビシスからのニッチ細胞とは対照的に，ＨＳＰＣ蓄積を引き起こす能力を有意に減少させた。 興味深いことに，若い異時性パラビオンから単離された骨芽細胞ニッチ細胞は，若い等時性パラビオンからのものと比較して若いＨｓｐｃのわずかな拡張を誘導した。 これらのｉｎｖｉｔｒｏ研究は，若いヘテロクロニックパートナーにおけるニッチ活性に対する高齢循環環境の相互作用を示唆し，全身シグナルが高齢ニッチを回復することを示した。 造血を再構成する若いHspcの能力を評価することを目的としたさらなる実験が行われている。 結果は、自然に老化したHSCsの損なわれた生着機能と同様に、老化した等時性ニッチ細胞にin vitroで露出した若いHspcは、造血再構成のための減少した容量を表 これは，老化した骨芽細胞ニッチ細胞との相互作用がＨＳＣ機能の欠陥を誘導するのに十分であることを示している。 しかし，老化したヘテロクロニックニッチ細胞は若いＨｓｃの再構成活性を変化させなかった。 一緒に、このデータは、HSC調節ニッチ細胞における年齢誘発性、機能的変化は、若い循環因子によって逆転させることができることを実証した。 全体的に、これらの知見は、さらにHSC上の若い循環の若返り効果が間接的に伝達されることを示唆している–若返り骨芽細胞ニッチ細胞からのシグナリ

どの因子がニッチ細胞機能の調節に関与しているかを理解するために、著者らはインスリン様成長因子-1（IGF-1）が役割を果たすかどうかを調 IGF-1は進化的に保存された老化および長寿の調整装置であるために示されていました。 In vitroおよびin vivoでの実験では、局所的ではなく、全身、IGF-1は、HSC調節ニッチ細胞の老化を誘導するように見えることを示し、骨髄微小環境におけるIGF-1シ

全体的に、これらの知見は、若々しい条件下で骨芽細胞ニッチ細胞が恒常性幹細胞の維持を促進する一方で、それらは代わりに機能不全のHscの蓄積 ニッチ細胞におけるこれらの年齢特異的変化は、ニッチ細胞自体におけるIGF-1シグナル伝達を部分的に変化させることによって作用する特徴のない循環因子によってシグナル伝達されるようである（Fig. 3). 骨芽細胞ニッチにおけるその役割は年齢促進であるが、IGF-1の骨格筋局所発現とは対照的に、高齢動物における再生能力を維持するので、IGF-1はすべ

2010年10月、Amy Jを含む4人の著者のうち3人。 賭けは、高齢マウスにおけるHscの若返りにおける骨芽細胞ニッチ細胞の役割のために、特に、この論文を撤回しました。 最初の著者は、若年および高齢のマウスから骨芽細胞ニッチ細胞に形成された骨結節の画像を操作したことが判明した（Retraction Watch、http://retractionwatch.com/2012/08/29/ori-finds-harvard-stem-cell-lab-post-doc-mayack-manipulated-images/）。 したがって、パラビオシスモデルが他の古い器官の若返りを研究するために利用されたことを考慮して、彼の問題についてのさらなる確認が得ら 実際、ayoungマウスを古い全身環境に曝露すると、筋形成および神経新生を阻害する可能性があることを示す2つの論文が続いて登場した。

2013年、Amy J.Wagers率いるチームは、parabiosisモデルを使用して、年齢に関連する心臓肥大は、わずか4週間のparabiosisで若い循環環境に曝されることによって逆転することができることを実証した別の研究を発表した。 種々の群における血圧およびアンギオテンシンＩ Ｉおよびアルドステロンの循環レベルの測定は，若い循環に曝された古いマウスにおける心肥大の逆転は，古いマウスにおける血圧の単純な低下または血圧の既知のエフェクターの調節によって説明できないことを明らかに示した。 興味深いことに、異時性パラビオシスは、高齢者のパートナーに参加した若いマウスでは、心臓重量対脛骨比、心筋細胞サイズ、または血圧の変化を誘発しなかった。 このデータは、異時性パラビオシスによって誘導される心臓リモデリングにおいて、若いマウスによって産生される抗高血圧因子（古いマウスによって産 皮膚をそのまま残しながら外科的に接合し、共有循環を発達させない”偽パラビオシス”では、高齢マウスの心臓重量対脛骨長比に有意差は認められず、加齢に関連する心肥大の逆転には血液媒介因子の交差循環と交換が必要であることを示している。 これらの要因を特定するために、アプタマーベースの技術を用いた大規模なプロテオミクス分析は、確実に古いマウスから若いマウスを区別する13analytesを明 これらの候補の一つ、成長分化因子11（GDF11）、アクチビン/TGF-βスーパーファミリーのメンバーは、さらなる分析で確認されました。 GDF11は、若い等時性マウスに比べて古い等時性マウスの血漿中で減少し、若い循環をexposureto後に古いマウスの若々しいレベルに復元されました。 GDF11と古いマウスの毎日の30日間の治療は、生理食塩水注入対照群と比較して心臓重量対脛骨の長さの比の有意な減少につながった。 このデータは、加齢に関連した拡張期心不全の少なくとも一つの病理学的成分が本質的にホルモンであることを示唆した。 しかし，若い循環に曝された老齢マウスにおける心肥大の観察された退行は，単一の因子の補充に完全に起因することはまずなく，他の因子を認識すべきである。

Wagersらによるその後の二つの研究は、GDF11が脳内の新しい血管やニューロンの成長を促進し、傷害部位で骨格筋を再生するために幹細胞を促進するこ これらの論文の一つでは、マウスheterochronic parabiosisモデルは、若い全身因子に応答して脳血管容積と血流の増加を明らかにし、一緒に脳室下ゾーン神経幹細胞集団 2). さらに、GDF11は古いマウスの血管容積と神経新生を増加させる可能性があることを発見しました。 興味深いことに、15ヶ月齢のマウスからの血液は、若い脳の神経幹細胞集団を減少させなかったが、古い血液（21ヶ月）は有害な影響を引き起こし、古い動物は有害な全身因子および/または低い保護若い因子の蓄積が高いことを示唆した。 一方、randoとTony Wyss-Coreyが上級科学者として執筆した論文では、ケモカインCCL11/eotaxinは、マウスの神経新生の低下および学習および記憶の障害に関連する加齢関連血液因子として同定された。 CCL11は、老化中に神経前駆細胞と直接相互作用して分化能力に影響を与えるか、他の神経原性ニッチ細胞型との相互作用によって間接的な作用を有

Wagersらによる他の論文では、老化異時性マウスから選別された衛星細胞は、老化異時性対照からの衛星細胞と比較して、筋原性分化能力を改善し、DNA損傷を低下させたことが示された。 加齢関連心肥大の復帰に関しては、組換えGDF11の毎日の腹腔内注射による老化マウスの治療は、ビヒクル単独を受けた老化マウスの細胞と比較して、 また、筋肉損傷のモデルでは、損傷の28日前に高齢マウスのGDF11治療と7日間継続した後、再生筋における筋線維口径のより若々しいプロファイルを復元しました。 Gdf11で処理された高齢マウスはまた、増加した平均運動持久力と握力を示した。

この最後の論文では、彼らはまた、gdf11に老化した衛星細胞のin vitro曝露ではなく、ミオスタチン（TGF-βスーパーファミリーの別のメンバー）またはTGF-β1は、衛星細胞の増殖と分化の用量応答性の増加をもたらし、gdf11は、ミオスタチンとは対照的に、その機能を変化させるために衛星細胞に直接作用することができることを示唆していることを発見した。