英国Babraham研究所的科研人员开发出一种令人类皮肤细胞“时间跳跃”30年的方法，该方法可在保持皮肤细胞的特有功能的前提下逆转衰老。
该研究所表观遗传学研究项目的科学家已经能够修复衰老细胞的部分功能，并在分子水平上使细胞的生物学年龄“重返青春”。该研究4月8日发表在eLife上，虽然处于早期探索阶段，但它或将彻底改变再生医学。
这种新方法基于获得了诺奖的干细胞技术，通过在干细胞重新分化的过程中停止部分重编程，克服了细胞的特异性被完全抹去的问题。该方法使研究人员能够在重编程细胞中找到精确的平衡，使它们在生物学上更年轻，同时能够再次获得其专门的细胞功能。
13天，让皮肤年轻30岁
经过重编程后，细胞恢复了产生胶原蛋白（红色）的能力（图片来源：原论文）
年，山中伸弥首次利用细胞重编程技术，将具有特定功能的正常细胞转变成多能干细胞（iPSC），并因此获得了诺奖，但在此过程中正常细胞会失去特异性功能。近日，一项发表在eLife的研究在该工作的基础上，通过在干细胞重新分化的过程中停止部分重编程，保留了皮肤细胞的特异性功能，且让皮肤细胞“重返青春”。
研究者使用了中年人的上皮成纤维细胞，这种细胞会分泌胶原蛋白，可以维持皮肤弹性、修复皮肤损伤等。经过13天的处理后，研究者测定了组蛋白甲基化程度和DNA甲基化程度，二者一致表明成纤维细胞的生物学年龄年轻了约30岁。同时，这些成纤维细胞的迁移能力和胶原蛋白的产量都大幅提高。这比此前的诱导多能干细胞实验效果都更明显。研究者希望细胞重编程技术的发展可在未来为年龄相关疾病提供新的解决思路，例如阿尔兹海默症等。
为了证明这些细胞已经恢复了活力，研究人员观察了衰老标志的变化。Babraham研究所表观遗传学研究项目负责人WolfReik教授实验室的博士后、当时参与该项工作的博士生DiljeetGill解释道：“在过去十年中，我们在分子水平上对衰老的理解取得了许多进展，并产生了一些使研究人员能够测量细胞中与年龄有关的生物变化的技术。我们能够将这些技术应用于我们的实验，以确定我们的新方法所实现的重编程的程度。”
研究人员观察了细胞年龄的多种衡量标准。第一个是表观遗传时钟，通过存在于整个基因组中的化学标签反映年龄。第二个是转录组，即细胞产生的所有基因表达。通过这两个衡量标准，重编程的细胞与参考数据集相比，符合较之年轻30岁的细胞的特征。
这项技术的潜在应用在于细胞功能的年轻化，而不仅仅是看起来更年轻。成纤维细胞（皮肤组织中一类已经完成分化的细胞）产生胶原蛋白，这是一种存在于骨骼、皮肤肌腱和韧带中的分子，有助于为组织提供结构支撑并治愈伤口。与没有经历重编程的对照组细胞相比，恢复“青春”的成纤维细胞能产生更多的胶原蛋白。成纤维细胞也会移动到需要修复的区域。研究人员通过在培养皿中的细胞层中制造一个人工切口来探究部分“逆龄”细胞的功能。他们发现经处理过的成纤维细胞能比老细胞更快地进入缺口。这个迹象表明该研究很有希望被应用于制造出能更好地愈合伤口的细胞。
在将来，这项研究还可能开辟其他的可能性。研究人员观察到，他们的方法还对与年龄相关病症的有关基因产生了影响。与阿尔茨海默病相关的APBA2基因和与白内障发展有关的MAF基因都显示出朝向年轻水平的转录变化。
成功的瞬时重编程背后的机制尚未完全明了，这是下一个要探索的难题。研究人员推测，参与塑造细胞特异化身份的基因组关键区域可能会逃脱重编程过程。
Diljeet总结道：“我们的结果表明，我们对细胞重编程的理解向前迈出了一大步。我们已经证明细胞可以在不失去其功能的情况下恢复活力，并可在这个过程中恢复已分化细胞的某些功能。我们还看到与疾病相关的基因中的衰老指标出现逆转，这一事实让这项工作的未来令人期待。”
WolfReik教授最近就任为跨国生物技术公司AltosLabs剑桥研究所（AltosLabsCambridgeInstitute）的负责人。他说：“这项工作非常令人兴奋。最终，我们或许能够识别出无需重编程即可使细胞‘重返青春’的基因，并专门针对这些基因来减少衰老的影响。这种方法有望带来有价值的发现，从而带领我们进入一个全新的阶段。”
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