德国科学家找到了一种方法，能够大幅逆转人体细胞的分子年龄，将80岁老人的血细胞转化为分子年龄特征不到20岁的干细胞。
波恩大学医院和波恩大学的研究人员通过将未成熟的红细胞重编程为神经干细胞，实现了这一显著转变。这些神经干细胞最终可以发育为脑细胞。在这一过程中，与衰老相关的分子标记被有效重置，使这些细胞在分子层面年轻了60多岁。
与早期方法不同，这种“年轻化”是逐渐发生的，使科学家能够在较长时间内追踪其变化。这一较缓慢的过程可能为细胞衰老如何被逆转提供重要线索，并有望帮助研究人员探索与衰老相关疾病的治疗方法。
研究结果发表在《衰老细胞》期刊上。
科学家如何将血细胞变成脑干细胞
人体包含数百种特化细胞类型，它们都源自一个受精卵，并且基本上携带相同的遗传指令。然而，随着细胞发育，它们会承担特定角色。正常情况下，皮肤细胞不能转化为肝细胞，血细胞也不能变成神经细胞。
现代实验室技术使克服这些生物学限制成为可能。科学家现在可以重编程某些成熟细胞，使其获得完全不同的身份。例如，皮肤细胞可以被转化为能够产生神经组织的细胞，这种方法最终可能有助于神经退行性疾病的治疗。
这一过程依赖于一类称为转录因子的蛋白质组合，它们调控基因如何被激活。通过改变细胞遵循哪些遗传指令，这些蛋白质可以改变细胞的发育方向，并赋予其新的细胞身份。
“利用这种方法，我们直接将红细胞前体转化为了神经干细胞，”波恩大学医院重建神经生物学研究所所长奥利弗·布吕斯特勒教授解释道。
波恩团队此前的实验已经证明，通过这种方法生成的神经细胞在移植到小鼠大脑后，能够成功与现有神经元建立连接。
科学家逆转了60多年的细胞衰老
最新研究聚焦于细胞重编程一个尤其引人注目的结果：分子衰老的显著逆转。
“然而，在我们当前的研究中，我们关注的是另一种现象：即观察到细胞在重编程过程中会显著年轻化，”布吕斯特勒强调说。他同时也是波恩大学跨学科研究领域“生命与健康”的成员。
为了确定细胞年轻化了多少，研究人员检查了它们的分子钟，尤其是被称为表观遗传钟的生物学标记。这些时钟通过分析DNA上的化学修饰来估算细胞的生物学年龄，这些修饰往往会随着机体变老而积累或改变。
重要的是，这些修饰不会改变DNA序列本身，而是影响某些遗传指令被使用的频率（表观遗传学）。由于这些模式会随年龄发生可预测的变化，科学家可以利用它们来估算细胞在分子层面看起来有多老。
结果令人震惊。重编程后，取自80岁个体的细胞显示出对应于20岁以下个体的分子年龄特征。换句话说，这一过程逆转了60多年的细胞衰老。
“我们还知道，这种表观遗传层面的年轻化确保细胞实际上表现得像年轻细胞一样，”这位科学家说。
较缓慢的年轻化过程揭示新线索
科学家此前已经观察到，重编程细胞可以重置其生物学年龄。然而，早期对这一效应的演示涉及更复杂的过程，需要两个不同阶段。
首先，研究人员会将现有细胞，例如血细胞，转化为多能干细胞。这些多能干细胞具有几乎无限的发育“职业路径”，因为它们可以产生体内许多不同的细胞类型。
然后，多能干细胞会被引导成为神经干细胞。神经干细胞更加特化，可以产生神经系统中的细胞。
这种传统方法产生年轻化的速度相对较快，因此难以检查所有正在发生的变化。
波恩研究人员则完全绕过了多能阶段。
“相比之下，我们直接将血细胞转化为神经干细胞——也就是说，没有先经过多能细胞阶段，”布吕斯特勒说。“在我们的方法中，年轻化是逐渐发生的，并且可以追踪100多天。”
研究人员观察到分子年龄显著降低，研究强调在50天后年轻化了约60年。由于这一过程持续的时间长得多，科学家可以观察生物学变化逐步展开的过程，而不是只看到最终结果。
细胞年轻化对阿尔茨海默病研究意味着什么
能够观察细胞逐渐变年轻，对于试图理解控制生物学衰老机制的科学家来说可能尤其有价值。
通过研究这一延长的转化过程，研究人员可以调查涉及哪些分子通路，并测试特定物质是否能加速或减缓年轻化过程。
“持续这么长时间的年轻化非常适合作为实验模型：由于表观遗传钟会在数周内缓慢重置，我们可以利用这一模型研究哪些因素和活性物质会加速或减缓年轻化过程。”
这些发现可能与神经科学尤其相关，因为在神经科学中，衰老与严重神经系统疾病的发展密切相关。尽管这项工作并未确立一种能够逆转人类衰老的治疗方法，但它提供了一个实验室模型，用于研究细胞如何重新获得年轻特征。
这最终可能帮助科学家更好地理解与阿尔茨海默病等疾病相关的细胞变化。
“毕竟，年龄是阿尔茨海默病等神经退行性疾病最重要的风险因素！”
这项研究涉及波恩大学医院、波恩大学和亚琛工业大学的研究团队。研究资金由欧盟“地平线2020”计划、德国研究基金会（DFG）以及联邦研究、技术和航天部（BMFRT）提供。
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