衰老與細胞與組織中發生的廣泛的生理病理變化緊密相關。這些變化包括慢性炎癥的發生 以及代謝平衡水平的下降等。人們希望發展一些手段來阻止這些變化 “返老還童”成為現實？重置小鼠細胞，可安全逆轉衰老 - 趣味新聞網

衰老與細胞與組織中發生的廣泛的生理病理變化緊密相關。這些變化包括慢性炎癥的發生，以及代謝平衡水平的下降等。人們希望發展一些手段來阻止這些變化，減輕炎癥，重建代謝平衡，並延緩衰老導緻的疾病的發生。利用轉錄因子進行細胞重編程，重建錶觀遺傳標記並除去細胞損傷，讓衰老細胞煥發生機，成為一項頗有前景的治療手段。

在一項新的研究中，來自美國沙剋生物研究所和Genentech公司的研究人員證實他們 可以通過將中老年小鼠的細胞部分地重置到更年輕的狀態，安全有效地逆轉它們的衰老過程。 相關研究結果於2022年3月7日在綫發錶在Nature Aging期刊上，論文標題為“In vivo partial reprogramming alters age-associated molecular changes during physiological aging in mice”。

2006年，山中伸彌（Shinya Yamanaka）等報道瞭OSKM（Oct4, Sox2, Klf4 與c-Myc）因子介導的細胞重編程，可以將成熟分化細胞轉化為多能乾細胞。這一現象成為瞭該治療手段得以發展的基礎。在體外，OSKM因子成功誘導瞭從年長者或早衰癥（Hutchinson�CGilford progeria syndrome）患者中提取齣的細胞的重編程。然而在小鼠體內錶達OSKM因子卻有可能導緻畸胎瘤（teratoma）發生甚至小鼠死亡。為瞭避免這一後果，研究者設計瞭一套新的錶達係統，從而可以可控地誘導OKSM因子進行周期性的錶達。

研究者發現，在這樣的條件下，仍然可以觀察到細胞內關於衰老的指標的下降。研究者稱之為細胞的部分重編程。同時，在小鼠的體內實驗錶明部分重編程可以延長小鼠壽命，減少皮膚縴維化和疤痕生成，減緩海馬體衰老錶徵以及促進創傷後神經元軸突再生。

然而，此前的研究主要利用瞭基因突變誘導的早衰癥小鼠模型。該基因突變（位於LMNA基因的點突變）是否會對OSKM誘導的錶型有額外的影響還不得而知。為瞭說明細胞部分重編程對延緩衰老有確實的作用，本文研究者采用瞭自然衰老小鼠模型來評估OSKM因子誘導的係統性影響。

本文研究者設定瞭兩組經受長期部分重編程的小鼠，第一組從第15個月開始，維持7個月；第二組從第12個月開始，維持10個月。另有一組小鼠，接受短期部分重編程處理，即在第25個月時開始，維持1個月。在部分重編程處理過程中，小鼠每周有2天接受含多西環素（doxycycline）的水的喂食，另5天則不接受多西環素，以此循環。同時，研究者設定瞭不同的對照組，包括不接受多西環素處理的小鼠，以及不包含由多西環素控製錶達的OSKM因子的基因組件的小鼠等。

不同的小鼠組彆

研究者首先確定瞭多西環素誘導的OSKM錶達不會對小鼠的健康産生影響。研究者發現在實驗組與對照組中，小鼠的體重與存活率沒有明顯差異。在實驗終點進行全血分析，實驗組與對照組在白細胞計數，紅細胞計數以及血紅蛋白水平上沒有顯著差異。在小鼠各器官中未觀察到明顯的病理學錶徵。行為學實驗也錶明多西環素誘導的OSKM錶達對小鼠神經功能不造成負麵影響。

長期部分重編程小鼠與短期部分重編程小鼠的錶觀遺傳學時鍾分析

為瞭衡量器官水平的衰老，研究者引入瞭“錶觀遺傳學時鍾”（epigenetic clock）分析。使用LUC（Lifespan Uber Correlation）錶觀遺傳學時鍾分析瞭不同組彆小鼠的不同器官（脾，肝，皮膚，腎，肺和骨骼肌），發現在長期部分重編程小鼠中，其腎與皮膚的細胞的錶觀遺傳學年齡，與對照組相比顯著降低瞭。而在短期部分重編程小鼠各器官中，卻未觀察到由OSKM誘導的錶觀遺傳學年齡降低的現象。

轉錄組學分析（transcriptome analysis）錶明，年輕小鼠（3個月）與衰老小鼠（25個月）之間存在顯著差異。短期部分重編程小鼠（25個月+1個月多西環素誘導）與對照組小鼠之間卻沒有太多差異（25個月+1個月無處理）。而長期部分重編程小鼠（15個月+7個月多西環素誘導）的轉錄組與對照組相比（15個月+7個月無處理）差異較為顯著。特彆是在皮膚組織中，進一步的分析說明這些差異主要集中於代謝、氧化磷酸化以及炎癥反應與細胞老化相關基因的錶達上，從而錶現齣一種年輕化的特徵。這與錶觀遺傳學時鍾分析的結果是吻閤的。

轉錄組分析：長期部分重編程小鼠（15個月+7個月多西環素誘導）vs 對照組

研究者希望進一步確定在皮膚中OSKM誘導是否帶來瞭生理病理條件下的年輕化效果。在傷口愈閤（wound healing）實驗中，上皮細胞的分裂速度在長期部分重編程小鼠中顯著提高瞭，同時，傷口部位的縴維化水平則降低瞭。長期部分重編程小鼠在該實驗中錶現齣瞭與年輕小鼠較為相似的特徵。

在代謝組與脂質組分析（metabolomic and lipidomic profiles）中，長期部分重編程小鼠（12個月+10個月多西環素誘導）中，某些一碳代謝物（如S-adenosyl methionine, 1-methylguanine, 1-methyladenosine等）和非極性代謝物（如triacylglycerides以及phospholipids）的隨年齡變化的趨勢得到瞭逆轉。而該現象在長期部分重編程的中期階段（12個月+5個月多西環素誘導）則未有明顯體現。

研究者總結道，相比於短期部分重編程，由OSKM因子介導的長期部分重編程纔是真正能起到抗衰老、年輕化效果的治療手段。然而，為何在全身誘導OSKM卻隻能在部分器官中得到響應，以及從DNA甲基化水平的逆轉如何傳遞到代謝組水平的變化，最後得到年輕化效果，還有待於進一步研究。

有趣的是，研究者還指齣，對OSKM因子的響應具有性彆差異。在本研究中發現，雌性小鼠的皮膚組織中OSKM介導的年輕化效應比在雄性小鼠中的更明顯。對該現象的進一步解釋有助於人們開發新一代的延緩衰老以及年輕化的治療方法。

參考文獻：

1.Takahashi, K. & Yamanaka, S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126, 663�C676 (2006).

2.Ocampo, A. et al. In vivo amelioration of age-associated hallmarks by partial reprogramming. Cell 167, 1719�C1733.e12 (2016).

3.Horvath, S. & Raj, K. DNA methylation-based biomarkers and the epigenetic clock theory of ageing. Nat. Rev. Genet. 19, 371�C384 (2018).

4.Browder, K.C. et al. In vivo partial reprogramming alters age-associated molecular changes during physiological aging in mice. Nat Aging (2022).

撰文｜餘雙

編輯｜小耳朵