巴布拉汉研究所（Babraham Institute）的研究人员开发了一种方法，可以将人类皮肤细胞"时间跳跃"30年，使细胞的衰老时钟倒转，同时不失去其特化功能。该研究所表观遗传学研究项目的科研人员已经能够部分恢复老年细胞的功能，并使生物年龄的分子指标焕然一新。这项研究今天发表在《eLife》期刊上，尽管尚处于探索的早期阶段，但它可能彻底改变再生医学领域。
什么是再生医学？
随着年龄增长，我们细胞的功能能力下降，基因组累积了衰老的痕迹。再生生物学旨在修复或替换细胞，包括老化的细胞。再生生物学中最重要的工具之一是我们创造"诱导性"干细胞的能力。这个过程由多个步骤组成，每一步都会抹去使细胞特化的某些标记。理论上，这些干细胞有潜力变成任何类型的细胞，但科学家们尚未能够可靠地重现将干细胞重新分化为所有细胞类型的条件。
时间倒流
这种新方法基于科学家用于制造干细胞的诺贝尔奖获奖技术，通过在重编程过程的中途停止，克服了完全抹去细胞身份的问题。这使研究人员能够找到重编程细胞的精确平衡点，在使细胞生物学年龄变年轻的同时，仍能恢复其特化的细胞功能。
2007年，山中伸弥（Shinya Yamanaka）是第一位将具有特定功能的正常细胞转化为具有发育成任何细胞类型特殊能力的干细胞的科学家。使用被称为"山中因子"的四个关键分子，干细胞重编程的完整过程大约需要50天。这种被称为"成熟阶段瞬时重编程"的新方法，仅让细胞暴露于山中因子下13天。此时，与年龄相关的变化被去除，细胞暂时失去了其身份。部分重编程的细胞在正常条件下给予时间生长，以观察其特定的皮肤细胞功能是否恢复。基因组分析显示，细胞已经重新获得了皮肤细胞（成纤维细胞）的特征标记，这通过观察重编程细胞中的胶原蛋白产生得到了证实。
年龄不仅仅是数字
为了证明细胞已被再生，研究人员寻找了衰老标志物的变化。该研究所Wolf Reik实验室的博士后Diljeet Gill博士解释道："过去十年中，我们对分子水平上衰老的理解取得了进展，催生了使研究人员能够测量人类细胞中与年龄相关的生物变化的技术。我们能够将这些技术应用于我们的实验，以确定我们的新方法达到的重编程程度。"
研究人员查看了细胞年龄的多种测量指标。第一个是表观遗传时钟，基因组中广泛存在的化学标记指示年龄。第二个是转录组，即细胞产生的所有基因读数。通过这两种测量方法，重编程细胞的特征与比参考数据集年轻30岁的细胞相匹配。
这项技术的潜在应用取决于细胞不仅看起来更年轻，而且功能也像年轻细胞一样。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，有助于为组织提供结构并愈合伤口。与未经历重编程过程的对照细胞相比，再生的成纤维细胞产生更多的胶原蛋白。成纤维细胞还会移动到需要修复的区域。研究人员通过在培养皿中的一层细胞上制造人工切割来测试部分再生的细胞。他们发现，经过处理的成纤维细胞比老年细胞更快地移动到缺口处。这是一个有希望的迹象，表明有一天这项研究可能会被用于创造更擅长愈合伤口的细胞。
未来，这项研究也可能开辟其他治疗可能性；研究人员观察到，他们的方法也对与其他与年龄相关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，以及在白内障发展中起作用的MAF基因，都显示出向年轻水平的转录变化。
成功瞬时重编程背后的机制尚未完全理解，这是下一个需要探索的谜题。研究人员推测，参与塑造细胞身份的基因组关键区域可能会逃避重编程过程。
Diljeet总结道："我们的结果代表了我们对细胞重编程理解的一个重大进步。我们已经证明，细胞可以在不失去其功能的情况下被再生，并且再生似乎可以恢复老年细胞的某些功能。我们在与疾病相关的基因中也看到了衰老指标的逆转，这一事实对这项工作的未来特别有希望。"
表观遗传学研究项目的团队负责人Wolf Reik教授（最近转任领导剑桥Altos实验室研究所）表示："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无需重编程就能再生的基因，并专门针对这些基因来减少衰老的影响。这种方法有望带来宝贵的发现，可能开辟令人惊叹的治疗前景。"
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