穿越时间——一项新技术将皮肤细胞的年龄倒回30年

Babraham研究所的研究人员已经开发出一种方法，可以让人类皮肤细胞“时间跳跃”30年，在不失去细胞特殊功能的情况下，让细胞的衰老时钟倒退。该研究所表观遗传学研究项目的研究人员已经能够部分恢复衰老细胞的功能，并恢复生物年龄的分子测量。这项研究发表在今天的杂志上eLife在探索的早期阶段，它可能会彻底改变再生医学。

什么是再生医学?

随着年龄的增长，我们的细胞功能下降，基因组积累衰老的痕迹。再生生物学旨在修复或替换细胞，包括旧细胞。再生生物学中最重要的工具之一是我们创造“诱导”干细胞的能力。这个过程是几个步骤的结果，每个步骤都消除了一些使细胞特殊化的标记。从理论上讲，这些干细胞有可能变成任何类型的细胞，但科学家们还不能可靠地重新创造条件，使干细胞重新分化成所有类型的细胞。

时光倒流

这种新方法基于获得诺贝尔奖的科学家用来制造干细胞的技术，通过在整个过程中停止部分重编程来克服完全消除细胞身份的问题。这使得研究人员能够在重新编程细胞之间找到精确的平衡，使它们在生物学上更年轻，同时仍然能够恢复它们的特殊细胞功能。

2007年，山中伸弥(Shinya Yamanaka)是第一个将具有特定功能的正常细胞转化为干细胞的科学家，这种干细胞具有发展成任何类型细胞的特殊能力。干细胞重编程的整个过程需要大约50天，使用四种被称为山中因子的关键分子。这种新方法被称为“成熟阶段短暂重编程”，它将细胞暴露在山中因子中仅13天。此时，与年龄相关的变化被移除，细胞暂时失去了它们的身份。经过部分重新编程的细胞在正常条件下生长，观察它们特定的皮肤细胞功能是否恢复。基因组分析表明，细胞重新获得了皮肤细胞(成纤维细胞)的特征标记，并通过观察重组细胞中的胶原蛋白产生来证实这一点。

年龄不仅仅是一个数字

为了证明细胞已经恢复活力，研究人员寻找衰老标志的变化。迪尔吉特·吉尔博士是沃尔夫·雷克研究所实验室的博士后，在攻读博士学位期间进行了这项研究。他解释说:“在过去十年里，我们对分子水平上衰老的理解取得了进展，产生了一些技术，使研究人员能够测量人类细胞中与年龄相关的生物变化。我们能够将这一点应用到我们的实验中，以确定重新编程我们的新方法的程度。”

研究人员对细胞年龄进行了多种测量。第一个是表观遗传时钟，在基因组中存在的化学标签表明年龄。第二种是转录组，即细胞产生的所有基因读数。通过这两种方法，与参考数据集相比，重新编程的细胞与年轻30岁的细胞的轮廓相匹配。

这项技术的潜在应用不仅依赖于细胞看起来更年轻，而且还依赖于细胞像年轻细胞一样运作。成纤维细胞产生胶原蛋白，这种分子存在于骨骼、皮肤肌腱和韧带中，有助于组织结构和愈合伤口。与没有经历重编程过程的对照细胞相比，恢复活力的成纤维细胞产生了更多的胶原蛋白。成纤维细胞也会进入需要修复的区域。研究人员通过在培养皿中的细胞层上人工切割来测试这些部分恢复活力的细胞。他们发现，经过处理的成纤维细胞比旧细胞更快地进入间隙。这是一个充满希望的迹象，有一天这项研究最终可能被用于创造更好地愈合伤口的细胞。

在未来，这项研究还可能开辟其他治疗的可能性;研究人员观察到，他们的方法对其他与年龄相关疾病和症状相关的基因也有影响。的APBA2与阿尔茨海默病相关的基因加在白内障发展中起作用的基因，两者都显示出年轻时转录水平的变化。

成功的瞬时重编程背后的机制还没有被完全理解，这是下一个需要探索的难题。研究人员推测，基因组中与塑造细胞身份有关的关键区域可能会逃脱重编程过程。

Diljeet总结道:“我们的研究结果代表着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，细胞可以在不失去功能的情况下恢复活力，而恢复活力是为了恢复老细胞的一些功能。事实上，我们还看到了与疾病相关的基因衰老指标的逆转，这对这项工作的未来特别有希望。”

表观遗传学研究项目的小组负责人沃尔夫·雷克教授最近转任剑桥研究所阿尔托斯实验室的负责人，他说:“这项工作具有非常令人兴奋的意义。最终，我们可能能够识别出不需要重新编程就能恢复活力的基因，并专门针对那些减少衰老影响的基因。这种方法为有价值的发现提供了希望，可以开辟一个惊人的治疗领域。”