衰老時鐘終于被安全回?fù)芰?！哈佛科學(xué)家首次實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)復(fù)雜組織的年齡 并首次成功恢復(fù)其功能

今天，哈佛醫(yī)學(xué)院David Sinclair團(tuán)隊在頂級期刊《自然》上以封面報道形式發(fā)表的研究成果[1]，改寫了兩項歷史記錄。

首次證明可以安全地將復(fù)雜組織重新編程到更年輕的狀態(tài)。

首次成功逆轉(zhuǎn)青光眼引起的視力損失。

研究人員認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)有望促進(jìn)各種器官的組織修復(fù)，并扭轉(zhuǎn)人類衰老和年齡相關(guān)疾病。

一個抗衰老的新時代或許由此開啟。

論文的第一作者是呂垣澄博士，通訊作者是全球抗衰老研究的領(lǐng)軍人物David Sinclair，哈佛醫(yī)學(xué)院的何志剛、Bruce R. Ksander和Meredith S. Gregory-Ksander共同指導(dǎo)了本研究。

衰老是組織功能障礙和死亡的退行性過程。

近年來，表觀遺傳學(xué)改變被認(rèn)為是機(jī)體衰老的一個重要原因，因為它會導(dǎo)致基因表達(dá)模式被破壞，進(jìn)而促進(jìn)組織功能和再生能力下降[2，3]。

DNA甲基化模式隨時間的變化甚至被認(rèn)為是機(jī)體“衰老時鐘”的基礎(chǔ)[4]。然而衰老個體是否保留了恢復(fù)年輕狀態(tài)所需要的路徑?以及如果保留有，那么是否可以借此安全地改善組織功能?這兩個問題，目前都缺乏清晰的認(rèn)知。

要搞清楚上面的兩個問題，山中因子(OCT4、SOX2、KLF4和MYC)是個繞不開的工具。

在細(xì)胞研究中，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，山中因子的異位表達(dá)可以將培養(yǎng)的體細(xì)胞重新編程成為多能干細(xì)胞[5]，這種方法甚至可以抹去細(xì)胞身份，重置DNA甲基化年齡[4，6]。

然而，山中因子抗衰老的能力，不是逆轉(zhuǎn)衰老，而是直接將細(xì)胞“打回娘胎”，甚至讓細(xì)胞忘記自己究竟是誰。這顯然不是人類想要的。

更讓人擔(dān)心的是，很多研究發(fā)現(xiàn)，山中因子的這種超能力，會誘發(fā)畸胎瘤[7-9]，甚至是在幾天內(nèi)導(dǎo)致實驗動物死亡[10]。

如此看來，要想研究逆轉(zhuǎn)衰老的問題，就有必要改變一下山中因子。

Sinclair團(tuán)隊注意到，之前的研究表明，Myc這個癌基因的表達(dá)與小鼠壽命的縮短有關(guān)[11]，而且沒有它細(xì)胞重編程也照樣能啟動[11]。

既然如此，那就從山中因子中剔除MYC，只保留OCT4、SOX2和KLF4好了。Sinclair團(tuán)隊把這個新組合叫做OSK。初步分析發(fā)現(xiàn)，OSK表達(dá)5天之后，就讓mRNA譜變得年輕化了，最關(guān)鍵的是，細(xì)胞的原始身份還在，也沒有表現(xiàn)出促癌的跡象。

為了進(jìn)一步檢驗OSK的安全性，研究人員構(gòu)建了一個表達(dá)系統(tǒng)，在小鼠體內(nèi)連續(xù)誘導(dǎo)OSK表達(dá)10-18個月，仍沒有觀察到腫瘤發(fā)生率的增加，或?qū)φw健康的負(fù)面影響。

既然如此，是時候找個組織或者器官，檢驗下OSK促進(jìn)再生或逆轉(zhuǎn)衰老的效果了。

鑒于中樞神經(jīng)系統(tǒng)是哺乳動物最先失去再生潛能的系統(tǒng)之一，Sinclair團(tuán)隊的研究人員選擇了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGCs)。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞將軸突投射到遠(yuǎn)離視網(wǎng)膜的地方，形成視神經(jīng)。如果視神經(jīng)受損，在胚胎和新生兒早期，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞可以再生軸突。不過視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的這種能力在出生后幾天內(nèi)就會喪失。

截至目前，科學(xué)家已經(jīng)找到一些方法讓成熟的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞恢復(fù)有限的再生能力，但目前還沒有方法讓受損的視神經(jīng)完全恢復(fù)或者恢復(fù)視力[13]。

為了檢驗OSK是否能讓視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞恢復(fù)原初的再生能力，Sinclair團(tuán)隊在視神經(jīng)粉碎性損傷模型中誘導(dǎo)了OSK的表達(dá)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，OSK的表達(dá)引發(fā)了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的再生和長距離軸突延伸。而且視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的身份沒有改變，也未見視網(wǎng)膜腫瘤等不良影響的發(fā)生。

▲接受治療后的小鼠恢復(fù)情況示意圖

為了排除年輕小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞殘余自然再生能力對研究結(jié)果的干擾，Sinclair團(tuán)隊成員又在老年小鼠身上做了同樣的研究。在12個月大的老齡小鼠中，OSK治療使視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活率翻倍，效果與在1個月和3個月大的小鼠中觀察到的結(jié)果相似。

雖然軸突再生在老齡小鼠中稍弱，但將治療延長3周后時，老齡小鼠體內(nèi)仍然長出了健壯的軸突。研究人員認(rèn)為，這些數(shù)據(jù)表明，衰老并不會大大削弱OSK轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)軸突再生的能力。

至于背后的機(jī)制，也確實是OSK逆轉(zhuǎn)了損傷引起的全局DNA甲基化變化。如果抑制細(xì)胞的去甲基化能力，OSK的效果就消失了。

Sinclair團(tuán)隊在人神經(jīng)元中也觀察到了OSK表達(dá)促進(jìn)軸突再生。如此看來，OSK重編程神經(jīng)元并促進(jìn)軸突再生的能力，在小鼠和人類中是保守的。

接下來的一個問題非常關(guān)鍵：OSK的上述表現(xiàn)，能恢復(fù)小鼠的視力嗎?

為了回答這個問題，Sinclair團(tuán)隊成員采用了兩種模型：青光眼和自然衰老導(dǎo)致的視力下降。

如果OSK能攻克上面的兩大難題，那就說明OSK是真行。

研究結(jié)果讓研究人員喜出望外。

在青光眼模型中，與治療前相比，OSK治療后的小鼠視力有了顯著的提高：視運(yùn)動反應(yīng)測定表明，因眼壓增加所損失的視力有一半得到了恢復(fù)。至于視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的軸突，在經(jīng)OSK治療之后，也恢復(fù)到非青光眼小鼠的水平。

據(jù)了解，這也是第一次逆轉(zhuǎn)青光眼對視力的損傷。

▲接受OSK治療后老年小鼠軸突再生(圖源：hms.harvard.edu/呂垣澄)

在因自然老化引起的視力下降模型中。OSK讓12月齡小鼠的下降的視力得以恢復(fù)，但是沒有恢復(fù)18月齡小鼠的視力，研究人員認(rèn)為這可能與年齡相關(guān)的角膜不透明性增加有關(guān)。

如此看來，OSK不僅能讓視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞恢復(fù)年輕時的再生能力，而且這種改變確實有助于組織功能的恢復(fù)。這就給以后的治療鋪平了道路。

總的來說，基于以上研究成果，研究人員認(rèn)為，安全地逆轉(zhuǎn)一個復(fù)雜組織的年齡，并恢復(fù)它的功能是可行的。未來如果能在更多的組織器官中復(fù)制這一結(jié)果，很多與年齡相關(guān)的疾病，或許就有了一種新的治療方式。