简要概述
短暂的电脉冲可显著逆转海鞘的干细胞损伤并大幅延长其寿命，斯坦福研究人员发现。
该治疗触发名为"重启与反弹"的两阶段分子反应，与人体剧烈运动后的生理反应相似。约75%经处理的海鞘一年后仍保持健康状态，而未处理组存活率不足20%。
该发现可能为延缓人类衰老、治疗不孕症以及提升海洋生物应对暖化酸化海水的适应力提供新途径。
一种微小海洋生物可能隐藏着逆转衰老过程的秘密。根据斯坦福及其他机构研究人员最新发表在《美国国家科学院院刊》的研究，当海鞘接受短暂电脉冲治疗后，其健康状况将出现显著且持久的改善，从而大幅延长寿命。
该发现为保护海洋物种免受暖化水域影响、探究人体干细胞退化原因，以及寻找利用干细胞治疗疾病的新方法开辟了可能性。
"这种治疗为干细胞重新充电，"研究共同资深作者、斯坦福人文与科学学院生物学助理教授阿耶莱特·沃斯科博伊尼克表示，"理解这一机制是解锁未来如何延缓干细胞衰老并触发再生通路的关键。"
埃里卡·多门在加利福尼亚州蒙特雷码头采集海鞘群落。安德鲁·布罗德黑德摄
研究人员常以海鞘为模型研究人类免疫系统与干细胞，原因有三：其全身组织每周更新一次，便于观察干细胞活动；与人类共享约70%的遗传物质；且能自然与相关群落融合，为研究免疫系统区分"自我"与"非我"提供活体实验室。对融合群落的研究催生了干细胞竞争领域——现已证实该过程在人类衰老与疾病中扮演关键角色。所有再生周期中唯一恒定的，是作为身体"总工程师"的干细胞群体，它们具有自我复制及分化为所需细胞类型的能力。
从某种意义上说，海鞘仅在干细胞老化时才真正"衰老"。斯坦福霍普金斯海洋站的研究人员已在实验室持续研究此过程20余年，追踪超过千次再生周期的变化。
身体重启
2020年新冠疫情封锁期间，研究共同资深作者约斯·多门（斯坦福医学院干细胞操作高级科学家）试图为其女儿兼研究共同作者埃里卡·多门设计科学项目。约斯曾通过显微镜观察过海鞘，认为测试起搏器对其微小心脏的影响可能很有趣。身为先天性心脏外科医生的妻子、研究资深共同作者金伯利·甘迪建议使用常用于心脏手术的起搏器。
群落中每个个体都有独立心脏，众多微小心脏协同工作维持群落循环系统。显微镜观察这些心脏后，研究团队假设提升或协调其节律可能影响群落周期与生长。
随着起搏器电脉冲增强，海鞘群落心率加快，血液循环更加顺畅。48小时内，群落整体健康状况明显改善。治疗后数日，个体海鞘体型增大、颜色变浅，呈现显著年轻化特征。它们生长加速且生育能力提升——这正是年轻生理状态的典型标志。
"当时我意识到这里正在发生非常意想不到的事情，"约斯回忆道。
沃斯科博伊尼克与多门团队与其他同事合作重复实验，最终确定最小刺激量（三轮五分钟脉冲）与最大健康效益的平衡点。他们发现该治疗使海鞘关闭基因活性后重新激活。
通过分析治疗后即刻及24小时后的基因表达，研究人员观察到众多基因出现"重启与反弹"现象。他们证实海鞘受影响的基因与人类剧烈运动后的基因变化高度重合——先出现应激与炎症迹象，继而显现强化与修复信号。
寿命延长
野生海鞘通常仅存活数月，但实验室悉心照料下可存活数年。研究人员对实验室海鞘群落实施15分钟电刺激后，其变化持续至少四个月，且直接作用于驱动衰老的干细胞。长期重复该过程效果可持续四年以上，直至长寿群落自然死亡。
无论年轻或年老的海鞘，均能从该过程中获得类似长期再生效益。
研究团队推测，显著效果可能源于电流对海鞘线粒体及代谢系统的影响——这些系统对生理再生至关重要。正如外部电流可使骤停的人类心脏恢复窦性节律，精准调谐的生物电脉冲如同"跨接电缆"，能为功能衰退的线粒体重启活力。研究提出一个模型：该治疗"重新训练"这些网络提升效率，从而阻断"通常表征老化生物系统的生物能量衰退"。
据研究人员预测，未来小型无线设备或可向珊瑚礁输送同类电脉冲，增强海洋生物免疫系统，使其更能适应暖化酸化海水。
"一个显而易见的问题是能否应用于人类，"约斯表示，"这将采取与海鞘实验不同的形式，聚焦特定细胞群——例如可用类似方式刺激的造血干细胞。"
研究团队深受鼓舞，因该研究采用的电刺激方案已在人类心脏节律调节中应用多年。
"这对提升人类干细胞存活率、治疗不孕症及多种应用具有巨大潜力，"甘迪说，"没有理由相信这在人类身上不可行。存在明确的临床应用路径。"
研究团队计划继续深入探索，以阐明电刺激驱动再生的确切机制。
致谢
埃里卡·多门为加州大学伯克利分校本科生。其他研究共同资深作者包括斯坦福医学院癌症研究路德维希教授欧文·韦斯曼、加州大学圣地亚哥分校的德巴什·萨胡。斯坦福共同作者包括医学院干细胞生物学与再生医学研究所讲师汤姆·利维；霍普金斯海洋站生物学系研究科学家卡拉·帕尔梅里与凯瑟琳·伊希祖卡；博士后研究员基亚拉·安塞尔米；研究工程师托马斯·罗兰德。其他合作者来自加州大学圣地亚哥分校及钱泽克伯格生物枢纽旧金山中心。
本研究获得美国国家老龄化研究所、加州大学圣地亚哥分校吴蔡人类表现联盟、钱泽克伯格旧金山生物枢纽、格鲁斯·利珀博士后奖学金、斯坦福伍兹环境研究所"海洋大创意"计划、生物-X计划及斯坦福干细胞生物学与再生医学研究所协作种子基金支持。
本报道最初由斯坦福伍兹环境研究所发布。
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