细胞核形态可作为衰老强大而可靠的生物标志物

  在衰老的组织细胞中经常观察到扩大或不规则形状的细胞核。然而，目前尚不清楚这种奇特的形态是衰老的原因还是结果，以及它在区分增殖细胞和衰老细胞方面有多大的作用。

  最近的研究表明，细胞核形态可以作为衰老的预测性生物标志物，表明细胞核在驱动衰老表型方面发挥积极作用。

  2023年10月16日，来自维也纳医科大学医学遗传学研究所的Alexis J. Lomakin教授团队在Aging cell 杂志发表题为“Form follows function: Nuclear morphology as a quantifiable predictor of cellular senescence”的文章。

  该研究利用深度学习算法对细胞核形态进行分析，实现了体内外各种细胞类型和物种中细胞增殖或衰老的准确分类，确定细胞核形态可作为衰老强大而可靠的生物标志物。

  细胞衰老是细胞因应激源或生物衰老而进入持续增殖停滞的状态，虽然衰老细胞停止增殖，但它们继续保持代谢活性并合成大量促进衰老过程的生物活性化合物。

  通过生物合成活性积累的物质的增殖阻滞和无法进行有丝分裂会导致细胞大小增大。除此之外，衰老会重塑细胞骨架元素，使细胞变得更加扁平。

  细胞核是对细胞扁平化敏感的最大的细胞内隔室，当一个细胞被压扁到静止核直径以下时，无论是通过压缩拉伸人为地还是由于在细胞外基质上增强的扩散而生理性地，其细胞核都会变形并获得扁平的形态，这也是衰老的另一个标志。

  鉴于深度神经网络(DNNs)在基于核形态学对衰老细胞进行分类时表现出高度的一致性，Heckenbach等人对培养的来自患有Hutchinson-Gilford早衰综合征、共济失调性毛细血管扩张症和Cockayne综合征的患者的原代成纤维细胞以及衰老小鼠原代星形胶质细胞和神经元进行检测。结果表明该算法在体外检测物种和细胞衰老非常有效。

  深度学习算法的可解释性仍然是一个亟需解决的问题，为了在实验上测试这一预测，研究人员利用全基因组复制来扩大细胞核的大小。结果表明核和细胞形态的变化先于更高级衰老状态的发展，从而说明细胞形态在检测细胞衰老命运中的预测能力。

  总的来说，该研究表明核形态学有作为衰老的强大而可靠的生物标志物的潜力。已鉴定的细胞核改变，包括细胞核大小、形状和结构的变化，也提供了预测细胞衰老的定量和客观的方法。

  参考文献：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/acel.14012