SOX2/cMYC诱导人血细胞转分化为iNSC过程中迁延的命运获得与表观遗传去衰老

《Aging Cell》：Protracted Fate Acquisition and Epigenetic De-Aging During Induced Neural Stem Cell Conversion of Human Blood Cells

基于转录因子（transcription factor）的体细胞（somatic cells）直接转化是自外周血（peripheral blood）生成诱导神经干细胞（induced neural stem cells, iNSCs）而无需经过多能性阶段（pluripotent stage）的一条有趣途径。尽管该范式已被证明与表观遗传去衰老（epigenetic de-aging）相关，但该过程的动态仍不清楚。在此，研究人员利用两种重编程因子SOX2与cMYC的过表达，从新生儿至101岁供者的红系祖细胞（erythroid progenitors）生成iNSCs。利用表观遗传衰老时钟算法（epigenetic aging clock algorithm），研究人员证实了先前的发现：来源于年老供者的iNSCs表现出显著的表观遗传去衰老，在低代次和高代次分别保留约13%和5%的原始供者年龄。通过跨时间研究iNSC转化过程中表观遗传去衰老的动态，研究人员发现该过程在很大程度上是迁延的，可持续数周，甚至在抑制增殖的条件下仍持续。年轻与年老供者来源iNSCs之间的转录组（transcriptomic）差异也随转化时间延长而消失。与这一观察一致，已建立的iNSC系缺乏与年龄相关的细胞特征，类似于诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）及其衍生物。有趣的是，DNA甲基化（DNA methylation, DNAm）与RNA测序（RNA sequencing）数据的时程分析显示，真正的（bona fide）NSC特征的获得大大超出增殖性PAX6阳性iNSCs出现的时间点。这些过程意想不到的缓慢动态使iNSC转化成为剖析体细胞转分化（somatic transdifferentiation）和表观遗传去衰老机制的理想模型。

细胞编程包括诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）重编程和直接细胞命运转化，已用于疾病建模与再生细胞替代。基于转录因子的直接转化可避免多能性中间阶段，其中外周血来源红系祖细胞（erythroid progenitors, EPCs）经SOX2和cMYC过表达可生成诱导神经干细胞（induced neural stem cells, iNSCs）。既往研究表明，iPSC重编程可将DNA甲基化（DNA methylation, DNAm）年龄逆转至胚胎阶段，而直接诱导神经元则保留源细胞DNAm年龄；iPSC重编程与iNSC转化均伴随增殖，但iNSC转化中细胞身份获得与衰老特征丢失的动态尚不清楚。因此，研究人员旨在解析血液至iNSC转化过程中细胞命运巩固和表观遗传去衰老的时间动态。研究人员从新生儿至101岁供者生成iNSC，并建立同源iPSC来源神经干细胞（iPSC-derived NSCs, iPS-NSCs）作为对照，结合DNAm和RNA测序时程分析，发现iNSC转化中的表观遗传去衰老和NSC命运巩固均为迁延过程，且去衰老不依赖持续增殖。该工作提示，iNSC转化可作为研究体细胞转分化与表观遗传去衰老机制的模型，并可能作为细胞去衰老中部分或中断iPSC重编程的替代方案。

为开展研究，研究人员采用的关键技术方法包括：从健康供者外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）诱导EPCs，供者覆盖0–101岁；利用Sendai病毒（Sendai virus, SeV）介导SOX2与cMYC过表达进行EPC至iNSC直接转化；以同源iPSC来源NSC为参照；使用Infinium MethylationEPIC 850k芯片进行DNAm分析，并用Horvath et al. 2018表观遗传时钟算法计算DNAm年龄；开展RNA测序及转录组分析；通过免疫荧光、免疫印迹、细胞衰老标志物检测、增殖抑制处理（甘油、胸苷）和NGN2诱导分化等评估细胞身份、年龄相关标志及增殖依赖