衰老过程导致器官功能退化，丧失再生和修复能力。一个可能的原因是细胞表观遗传信息的丢失，例如DNA甲基化受到干扰，导致基因无法被正确阅读和翻译。衰老细胞能否恢复年轻的表观遗传信息，进而恢复器官功能和再生能力？

2020年12月3日，哈佛医学院David Sinclair团队的陆元成博士与何志刚、BruceKsander合作，发表了一篇名为《重编程恢复青春表观遗传信息，恢复自然界视力》的封面文章。本研究采用基因治疗诱导神经节细胞重新编程，恢复年轻的表观遗传信息，使视神经在损伤后能够再生，逆转青光眼和衰老导致的视力下降。

克服重编程技术在体内应用的瓶颈

2006年，日本科学家山中伸弥发现，四种转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc可以在体外诱导成体细胞重新编程并转化为诱导多能干细胞，即iPS细胞，开启了干细胞领域的新篇章。山中伸弥于2012年获得诺贝尔生理学或医学奖。

但是一旦这种改变细胞身份的重编程过程应用于体内，畸胎瘤就会被诱发。许多国际团队未能找到安全控制体内重编程的方法。

图一：视网膜铺片上的神经节细胞及过表达OSK的神经节细胞核。 图1:视网膜上的神经节细胞和过度表达OSK的神经节核。

通过大量的探索，卢元成博士发现，c-Myc这四个因素当中是畸胎瘤的主要原因。仅使用Oct4、Sox2、Klf4转录因子，既能还原年轻细胞的信息，又能巧妙地避免畸胎瘤的可能。在通过腺相关病毒载体将这三个基因传递到肝脏或视网膜后，研究团队观察了一年半，没有发现任何安全隐患。

重新编程表观遗传信息以再生视神经

中枢神经系统是身体第一个衰老的器官。出生后几天，中枢神经系统，包括脊髓和视神经，很快就失去了受伤后再生的能力。因此，类似的损伤会导致成年哺乳动物截瘫或失明。

吕元成与脊髓损伤后神经再生领域专家、波士顿儿童医院何志刚教授合作，测试OSK诱导的重编程是否能逆转视神经节细胞的年龄，恢复神经再生能力。结果表明，视神经损伤后诱导重编程不仅能增加成年小鼠视神经细胞的存活概率，而且能使视神经再生能力提高5倍以上。在老年小鼠身上也能达到类似的效果，这在以前的研究中从未实现过。

图2:老年小鼠视神经损伤后，轴突在损伤部位断裂变性，正常情况下不能再生，而OSK表达逆转年龄的视神经节细胞可以再生轴突。

对视觉神经节细胞DNA甲基化的分析表明，神经损伤实际上加速了表观遗传衰老。OSK诱导的重编程可以通过脱氧核糖核酸去甲基化酶Tet1/Tet2逆转损伤对脱氧核糖核酸甲基化的影响。

此外，研究小组的肖天在体外测试了人类神经细胞，发现OSK重编程还可以逆转化疗药物对神经细胞的损伤，并诱导人类神经细胞突触的再生。

基因治疗恢复青光眼和衰老引起的视力下降

青光眼是一种由视神经损伤引起视力下降的眼病，是世界上第一种不可逆的致盲性眼病。随后，通过与马萨诸塞州眼耳医院的布鲁斯·克山德教授和他的妻子合作，卢元成等人探索了重编程疗法是否可以应用于青光眼疾病。令人兴奋的是，在青光眼小鼠模型中，重编程基因治疗不仅改善了受损神经细胞的电信号水平，而且部分恢复了治疗后青光眼小鼠在视动反应中受损的视力。

图3:与治疗前相比，经OSK表达治疗的青光眼视神经细胞电信号水平恢复。

对视力恢复的疗效也体现在老年小鼠身上。通过比较神经节细胞的转录组和DNA甲基化水平，OSK诱导的重编程恢复了返老还童的表观遗传信息，下调了可能诱发眼病的基因水平，上调了与感知相关的基因水平。在这个过程中，还需要DNA去甲基化酶Tet1/Tet2。

图四：衰老的视神经节细胞在经过OSK基因治疗后，衰老相关基因的转录被恢复到年轻的水平。 图4:OSK基因治疗后，衰老相关基因的转录恢复到年轻水平。

这些结果证实了David Sinclair团队长期以来的假设，即表观遗传信息的丢失是细胞衰老的主要原因。

这一技术突破也从概念上证明了衰老或受损的细胞可以通过安全可控的体内重编程恢复其年轻的表观遗传信息和功能。这一全新战略将在促进人体器官损伤修复、逆转青光眼等衰老相关疾病等领域带来变革。

David Sinclair 与吕垣澄 大卫·辛克莱和鲁元成

本文的通讯作者是大卫·辛克莱，哈佛医学院终身教授，全球抗衰老研究的领军人物，美国《时代》杂志《世界上最具影响力的100人》的作者，纽约时报畅销书《你能不变老吗？课题组发表抗衰老研究成果论文300余篇，包括《自然》、《科学》、《细胞》等20余种主要期刊。第一作者是吕元成，哈佛大学博士，复旦大学学士。研究结果发表在《自然》、《细胞》和其他杂志上。

何志刚教授 何志刚教授

本文的资深作者之一何志刚是哈佛医学院和哈佛医学院附属波士顿儿童医院的终身教授。长期致力于中枢神经系统损伤后再生修复方法的研究与开发，是该领域首次视神经轴突再生的奠基人。课题组的相关研究工作已在《自然》、《细胞》、《科学》、《神经元》等大量期刊上发表。

参考文献:

Jose A. Morales-Garcia等，在致幻茶ayahuasca中发现的N，N-二甲基色胺化合物，在体外和体内调节成人神经发生，转化精神病学。DOI:10.1038/s 14398-020-01011-0