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本文聚焦细胞重编程领域，探讨了 Oct4、Sox2、Klf4 和 C-Myc（OSKM）转录因子介导的部分重编程。其能擦除细胞衰老和损伤特征，促进组织再生，在抗衰和再生治疗方面潜力巨大，值得深入研读。
OSKM 重编程的研究背景
细胞重编程领域取得了诸多突破，其中将分化细胞转化为多能细胞意义重大。1962 年 John Gurdon 将肠上皮细胞核转移到去核卵母细胞中，成功产生了有活力的受精卵 。后来通过体细胞与多能细胞融合 ，以及转录因子（如 MyoD）等方式也实现了细胞重编程 。2006 年，Takahashi 和 Yamanaka 发现添加 Oct4、Sox2、Klf4 和 C-Myc（OSKM）这四个转录因子，可将体细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSCs） ，为再生和细胞治疗开辟了新途径。
OSKM 作为先锋转录因子，在细胞重编程过程中发挥关键作用。早期，外源性 OSKM 表达会使细胞经历体细胞身份抑制、间充质 - 上皮转化以及代谢从氧化磷酸化转变为糖酵解等变化 。后期，外源性 OSKM 和组织特异性转录因子沉默，内源性多能性因子激活，同时伴随 DNA 和组蛋白甲基化改变 。整个重编程过程是有序的，存在多个过渡状态，在获得完全多能性之前，早期中间体不稳定，去除 OSKM 表达，细胞会恢复到初始的体细胞身份，但重编程过程存在一个不可逆点，之后细胞可独立于外源性 OSKM 转变为完全多能性 。
此外，在成年生物体中也发现了细胞重编程现象，体内表达 OSKM 可导致组织内体细胞去分化和重编程 。损伤或衰老细胞及其分泌的信号（如 IL6）对体内重编程有积极影响 。同时，研究发现组织损伤后在一定程度上会自然发生去分化，这对组织再生至关重要 。部分重编程，即体内普遍存在的 OSKM 瞬时和循环激活，能够改善衰老特征、延长寿命，并促进胰腺和肌肉损伤后的再生 。
部分重编程使细胞年轻化
Izpisua 团队的标志性发现为 OSKM 在再生治疗中的应用开辟了新方向。部分重编程通过在体内利用 OSKM 实现细胞和表观遗传年轻化的潜在益处，同时避免了体内重编程过程中出现的诸如畸胎瘤或肿瘤形成等有害影响 。此后，多种部分重编程的方法和方案不断涌现，其共同特点是 OSKM 仅在有限（且较短）的时间内表达，使细胞既能从擦除表观遗传损伤标记中获益，又能恢复到初始身份。
这一发现还开创了基于部分重编程的抗衰老和年轻化治疗新时代，目前该疗法在多种疾病模型中广泛测试 。在许多组织中，部分重编程可改善表观遗传年龄（基于测量 CpG 岛甲基化增减的表观遗传时钟），并改善许多 “衰老标志”。虽然细胞年轻化的完整机制尚未完全明确，仍在深入研究中，但 OSKM 驱动的年轻化这一相对年轻的领域正处于活跃的科研阶段，其研究成果有望为生物老年学带来重大进展。
部分重编程促进组织再生
除了使细胞年轻化，部分重编程在组织再生方面也展现出巨大潜力。与一些其他脊椎动物不同，人类的再生能力有限，主要依赖组织内的祖细胞或干细胞库，以及分化细胞的一定程度的细胞可塑性。急性损伤或应激后，受损细胞被免疫系统清除，为新的健康细胞腾出空间。然而，在慢性损伤或应激（如致病或衰老条件）下，损伤持续存在，受损细胞无法有效清除，免疫细胞不断积累，加剧炎症。这种未解决的损伤和炎症常导致纤维化和瘢痕形成，损害组织功能 。慢性炎症和纤维化是许多退行性和年龄相关疾病的标志，衰老组织的再生能力也会受损 。
研究表明，损伤后的部分重编程可促进多种组织的再生，减少纤维化，改善组织功能恢复。多数研究采用基因 4F 小鼠模型，通过强力霉素诱导，使 OSKM 在全身或组织特异性表达。Ocampo 发现的初始 OSKM 激活方案，经过三个治疗周期（每次诱导 2 天，停药 5 天），可改善胰腺损伤后的功能（通过葡萄糖耐量试验评估），增加 β 细胞数量 。肌肉注射不含病毒的 OSKM 多顺反子质粒，也能观察到肌肉再生增加和纤维化减少，但该模型和激活方案可能导致细胞完全多能性，存在潜在风险 。用 6F（OSKM + Nanog + Lin28）对肌肉干细胞（MuSC）进行瞬时、非整合的 mRNA 介导的重编程，可增加细胞增殖，恢复老年 MuSC 的干性，改善移植后的再生能力 。此外，在脑损伤研究中发现，4F 小鼠脑室内注射强力霉素进行细胞重编程，可恢复缺血后的脑功能 。在老年 4F 小鼠中循环激活 OSKM，可增加神经源性神经元和前体的迁移，提高新生神经元的存活率，改善认知功能 。
部分重编程改善再生的机制可能包括促进细胞增殖，在肌肉、皮肤、心脏、肝脏和肠道等组织中均有体现 。此外，不同组织还存在特定的效应，如在皮肤和心脏中，部分重编程通过增加增殖、减少纤维化和瘢痕形成，促进伤口愈合和改善心脏功能 ；在肝脏、肠道和肌肉中，可诱导细胞去分化 ；在视神经和大脑中，部分重编程可提高细胞存活率，发挥神经保护作用，恢复视力和改善认知功能 。
部分重编程的可能机制
在细胞层面，部分重编程诱导细胞进入短暂的去分化状态，之后细胞重新获得初始身份 。重编程早期，高水平的外源性 OSKM 改变染色质可及性，导致体细胞身份暂时但可逆地降低 。研究表明，在人类成纤维细胞中，高水平的 OSK 会使其与低亲和力的 Oct - Sox 基序错误结合，这些基序常与其他转录因子（如 AP - 1）先前不可及的基序相邻 。AP - 1 基序的开放使得 AP - 1 和其他体细胞转录因子从成纤维细胞特异性增强子和启动子上被隔离，从而下调体细胞程序 。持续高表达 OSK 并结合多能性基因的表达，最终可导致细胞完全去分化为 iPSCs 。但在部分重编程中，可避免细胞完全去分化，当 OSK 水平下降时，低亲和力 Oct - Sox 基序的可及性也降低，撤回 OSK (M) 因子可使体细胞转录因子从错误结合位点释放，重新激活体细胞程序 。
近期关于 AP - 1 在衰老、衰老和免疫记忆中作用的研究，揭示了部分重编程可能的年轻化机制。应激或损伤时，AP - 1 可重塑基因组的表观遗传景观，使细胞适应各种刺激 ，并在刺激消退后保留记忆，维持某些复杂成员在调控区域，以便在后续刺激时更快做出转录反应 。然而，在慢性应激和衰老过程中，AP - 1 积累可能激活应激 / 免疫反应，导致组织功能障碍 。研究发现，衰老细胞中差异可及的染色质区域富含 AP - 1 结合位点 ，随着年龄增长，AP - 1 激活增加，先前不可及的 AP - 1 基序富集区域开放，导致体细胞转录因子被虹吸 。部分重编程的益处可能源于清除衰老相关位点的 AP - 1，并将衰老过程中积累在 AP - 1 基序丰富位点的体细胞转录因子重新分布到生命早期更易接近的区域 。
部分重编程与再生过程中自然可塑性的相似之处
OSKM 重编程过程中，转录因子重新分布引起的表观遗传重塑和体细胞程序抑制，与某些组织再生过程中的细胞反应相似 。在这两种情况下，都会暂时诱导出类似胎儿的状态，促进再生，最终恢复成熟的体细胞身份。这在肝脏和肠道等高度再生的组织中尤为明显。
肝脏在发育后仍保持表观遗传许可状态，这种状态使肝细胞在损伤时易于激活再生程序 。在多种肝损伤模型中，再生程序涉及现有肝细胞和胆管上皮细胞的体细胞身份抑制，导致部分细胞出现类似胎儿的状态 。这种转变至少部分由 SOX 和 GATA 家族先锋转录因子的表达引起的染色质可及性变化驱动 。例如，过表达 SOX4 可使肝细胞重编程为类似胎儿的状态，其机制是 SOX4 通过染色质调节，将肝细胞身份转录因子 HNF4a 从其规范的增强子结合位点驱逐和隔离，下调体细胞基因 ，这与 OSKM 重编程机制相似 。
肠道上皮在成体组织中也保持表观遗传许可和高度再生能力 。即使常驻干细胞群体被消融，损伤后成熟上皮仍可通过转变为类似胎儿的状态实现再生 ，在成年来源的类器官中也观察到类似现象 。研究表明，肠道中的 OSKM 部分重编程可形成与辐射损伤模型中相似的胎儿样细胞群体 ，且两种情况下胎儿样细胞群体的形成都需要前列腺素 E2（PGE2）的产生，在损伤情况下由间充质来源的 Ptgs1 介导，在 OSKM 部分重编程情况下由细胞自主的 Ptgs2 介导 。此外，肠道胎儿程序特异性启动子和增强子富含 AP - 1 和 SOX 基序，这也与 OSKM 重编程机制相呼应 。值得注意的是，肝脏和肠道对 OSKM 部分重编程极为敏感，在全身转基因模型中，较高水平的 OSKM 诱导可能导致肠道和肝脏去分化，进而引起早期死亡 ，这进一步支持了损伤诱导和 OSKM 部分重编程诱导的再生存在共同机制。
未解决的挑战和未来展望
内源性再生与部分重编程之间的相似性，为基于部分重编程开发改善衰老或受损组织修复能力的疗法提供了可行性。然而，目前仍面临诸多重大挑战。例如，如何在人类疾病背景下安全地递送 OSK (M) 基因疗法；是需要对组织中的所有细胞进行 OSK (M) 治疗，还是局部或细胞靶向治疗就足够；维持年轻化状态是否需要持续的瞬时递送，还是单次重编程循环就能重置组织的修复能力；是否存在替代途径或转录因子组合可实现类似效果等。虽然小鼠研究为部分问题提供了线索，但只有当这些疗法进入临床阶段，才能全面评估并解答这些问题。这些疗法在治疗慢性年龄相关疾病方面的巨大潜力，已引发广泛关注，预计在不久的将来会开展初步的临床评估。
