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，最终可发育为脑细胞，从而实现了这一引人注目的转化。在此过程中，与衰老相关的分子标志物被有效重置，使细胞在分子水平上年轻了60多岁。
与早期的方法不同，这种返老还童是逐渐发生的，使科学家能够在较长时期内追踪这些变化。这一较缓慢的过程可能为如何逆转细胞衰老提供重要线索，并有可能帮助研究人员研究与衰老相关疾病的治疗方法。
研究结果发表在《Aging Cell》期刊上。
科学家如何将血细胞转化为脑干细胞
人体包含数百种特化细胞类型，所有这些细胞均起源于单个受精卵，并携带基本相同的遗传指令。然而，随着细胞的发育，它们会承担特定的角色。在正常情况下，皮肤细胞无法转化为肝脏细胞，血细胞也无法变成神经细胞。
现代实验室技术已经使克服这些生物学限制成为可能。科学家现在可以对某些成熟细胞进行重编程，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。
该过程依赖于一种称为转录因子的蛋白质组合，这些蛋白质调节基因的激活方式。通过改变细胞遵循的遗传指令，这些蛋白质可以重新引导其发育方向，并赋予其新的细胞身份。
“使用这种方法，我们直接将红细胞前体转化为神经干细胞，”波恩大学医院重建神经生物学研究所所长Oliver Brüstle教授博士解释道。
波恩团队早期的实验已经证明，通过这种方法产生的神经细胞在被移植到小鼠大脑后，能够成功地与现有的神经元连接。
科学家逆转了超过60年的细胞衰老
最新的研究聚焦于细胞重编程一个特别引人关注的后果：分子衰老的显著逆转。
“然而，在我们目前的研究中，我们关注的是一个不同的现象：即观察到细胞在重编程过程中发生了显著的返老还童，”Brüstle强调道，他同时也是波恩大学跨学科研究领域（TRA）“生命与健康”的成员。
为了确定细胞返老还童的程度，研究人员检查了它们的分子时钟，特别是被称为表观遗传时钟的生物标志物。这些时钟通过分析DNA的化学修饰来估计细胞的生物学年龄，这些修饰往往会随着生物体年龄的增长而积累或改变。
重要的是，这些修饰并不会改变DNA序列本身。相反，它们会影响某些遗传指令被使用的频率（表观遗传学）。由于这些模式随年龄增长以可预测的方式发生变化，科学家可以利用它们来估计细胞在分子水平上看起来有多老。
结果令人震惊。重编程后，取自一位80岁个体的细胞显示出相当于不到20岁人群的分子年龄特征。换言之，该过程逆转了超过60年的细胞衰老。
“我们还知道，这种表观遗传返老还童确保了细胞实际上表现得像年轻细胞一样，”这位科学家说。
更缓慢的返老还童过程揭示新线索
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，此前对该效应的证明涉及一个更复杂的过程，需要两个不同的阶段。
首先，研究人员会将现有的细胞（例如血细胞）转化为多能干细胞。这些多用途细胞具有几乎无限的发育“职业路径”，因为它们可以生成全身许多不同类型的细胞。
然后，多能干细胞将被引导成为神经干细胞，这种细胞更加特化，可以产生神经系统中的细胞。
这种传统方法相对较快地产生返老还童效果，使得人们难以检查正在发生的所有变化。
波恩的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，无需首先经过多能细胞阶段，”Brüstle说。“在我们的方法中，返老还童是逐渐发生的，并且可以追踪超过100天。”
研究人员观察到分子年龄的急剧下降，该研究强调了在50天后约60年的返老还童。由于该过程持续了更长的时间，科学家能够检查随着变化展开而发生的生物学变化，而不是仅仅观察最终结果。
细胞返老还童对阿尔茨海默病研究可能意味着什么
观察细胞逐渐变年轻的能力，对于试图理解控制生物学衰老机制的科学家来说可能特别有价值。
通过研究这种长期的转化，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返老还童过程。
“持续如此长时间的返老还童是理想的实验模型：由于表观遗传时钟在几周内被缓慢重置，我们可以使用该模型来研究哪些因素和活性物质加速或减缓返老还童过程。”
这些发现可能与神经科学尤为相关，在神经科学领域，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获年轻特征。
这最终可能有助于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！”
该研究由波恩大学医院、波恩大学和亚琛工业大学（RWTH Aachen University）的团队参与。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、技术与空间部（BMFRT）提供。