eLife：衰老的皮肤细胞重新编程，恢复年轻的功能

巴巴拉罕研究所的研究开发了一种使皮肤细胞恢复活力的新技术。这项技术使研究人员能够根据分子测量将细胞的生物钟倒转大约30年，比以前的重编程方法要长得多。在模拟皮肤伤口的实验中，部分恢复活力的细胞表现出更像年轻细胞的迹象。这项研究虽然还处于早期阶段，但最终可能会对再生医学产生影响，特别是如果它可以在其他细胞类型中复制的话。

　　

   

   

图片:Diljeet Gill博士

巴巴拉罕研究所(Babraham Institute)的一项研究开发了一种方法，可以将人类皮肤细胞“时间跳跃”30年，在不丧失特定功能的情况下，让细胞的衰老时钟倒转。该研究所的表观遗传学研究项目的研究人员的工作已经能够部分恢复老细胞的功能，以及恢复生物学年龄的分子测量。这项研究发表在今天的《eLife》杂志上，虽然还处于探索的早期阶段，但它可能会给再生医学带来一场革命。

什么是再生医学?

随着年龄的增长，我们的细胞功能下降，基因组积累了衰老的标志。再生生物学旨在修复或替换包括旧细胞在内的细胞。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。这个过程有几个步骤，每一步都要抹去一些让细胞专门化的标记。理论上，这些干细胞有可能变成任何一种细胞类型，但科学家们还不能可靠地重现将干细胞重新分化成所有细胞类型的条件。

回头的时间

这种新方法，基于诺贝尔奖获得者科学家们用来制造干细胞的技术，克服了通过停止部分过程中的重编程来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，同时仍然能够恢复其特定的细胞功能。

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具有分化成任何细胞类型的特殊能力的干细胞的科学家。干细胞重新编程的整个过程需要大约50天的时间，使用的是被称为山中因子的四种关键分子。这种新方法被称为“成熟阶段短暂重编程”，将细胞暴露在山中因子下仅13天。在这一点上，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被给予时间在正常条件下生长，以观察它们特定的皮肤细胞功能是否恢复。基因组分析显示，细胞恢复了皮肤细胞特有的标记物(成纤维细胞)，这是通过观察重编程细胞中胶原蛋白的生成得到证实的。

年龄不仅仅是一个数字

为了证明这些细胞已经恢复了活力，研究人员寻找了衰老特征的变化。由Diljeet吉尔博士解释说,一个博士后狼Reik研究所的实验室进行了工作作为博士生:“我们理解衰老的分子水平发展在过去的十年里,导致技术使研究人员可以测量出与年龄相关的生物人类细胞的变化。我们能够将其应用到我们的实验中，以确定我们的新方法能够实现的重编程程度。”

研究人员观察了细胞年龄的多种测量方法。第一个是表观遗传钟，在基因组中存在的化学标记表明了年龄。第二个是转录组，所有由细胞产生的基因读数。通过这两种方法，重新编程的细胞与比参考数据组年轻30岁的细胞的轮廓相匹配。

这项技术的潜在应用不仅取决于这些细胞看起来更年轻，而且还取决于它们的功能和年轻细胞一样。成纤维细胞产生胶原蛋白，这是一种存在于骨骼、皮肤肌腱和韧带中的分子，有助于组织结构的形成和伤口的愈合。与没有经历重编程过程的对照组细胞相比，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的一层细胞上人工切割来测试部分恢复活力的细胞。他们发现，经过处理的成纤维细胞比老细胞更快地进入缝隙。这是一个很有希望的迹象，有一天这项研究最终会被用于创造更善于愈合伤口的细胞。

在未来，这项研究也可能打开其他治疗的可能性;研究人员观察到，他们的方法也对其他与年龄相关的疾病和症状相关的基因产生了影响。与阿尔茨海默病相关的APBA2基因，以及与白内障发展有关的MAF基因，都显示出年轻时转录水平的变化。

成功的短暂重编程背后的机制还没有完全被理解，这是下一个要探索的谜题。研究人员推测，参与形成细胞特性的基因组关键区域可能会逃脱重编程过程。

Diljeet总结道:“我们的结果代表了我们在理解细胞重编程方面向前迈出的一大步。我们已经证明，细胞可以在不丧失功能的情况下恢复活力，而恢复活力旨在恢复衰老细胞的某些功能。事实上，我们还看到了与疾病相关的基因中衰老指标的逆转，这对这项工作的未来特别有希望。”

沃尔夫·雷克教授是表观遗传学研究项目的组长，他最近开始领导剑桥大学阿尔托斯实验室，他说:“这项工作具有非常令人兴奋的意义。最终，我们或许能够识别出无需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。这种方法有望带来有价值的发现，可能打开一个惊人的治疗视野。”

文章标题

Multi-omic rejuvenation of human cells by maturation phase transient reprogramming