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長生不老新發現:可從表觀基因逆轉老化的小分子"青春藥丸",4天就能返老還童!

"老化是一種病",只要幾顆藥丸,1個星期的時間就能讓你回復青春,回到原始身體最佳運作模式,發揮年輕時自癒力,預防及改善所有疾病!思緒清晰、動作敏捷、體力提升,回到年輕時最佳狀態!


這並不是科幻小說或是電影情節,而是我們即將迎接的健康長壽新世代!


青春藥丸"上市,4天就能返老還童
"青春藥丸"上市,4天就能返老還童?


長生不老大突破


David Sinclair團隊已經成功透過表觀基因手段,來逆轉細胞年齡達到細胞的返老還童。


近期2023年7月,最新發表在aging雜誌的論文David Sinclair不僅可以通過基因手段逆轉老化,還可以通過化學小分子手段實現"變年輕"!


這些突破性的進展,代表人類將可用更簡單、經濟的方式,治療疾病及老化,達成更健康長壽的精彩生活!


真核細胞老化的一個特徵是失去表觀遺傳信息,這是可以逆轉的過程。David Sinclair團隊先前研究已經顯示,在哺乳動物中,誘導Yamanaka因子OCT4、SOX2和KLF4(簡稱OSK)的異位表達可以恢復年輕時的DNA甲基化模式、轉錄組表達和組織功能,而不會抹除細胞身份,這需要主動的DNA去甲基化過程。


除了此種基因工程的方法,為了篩選能夠逆轉細胞老化並使人類細胞恢復活力的分子,David Sinclair團隊開發了高通量的細胞基礎測試,可以區分年輕細胞和老化細胞,包括基於轉錄的老化時鐘和實時的細胞核、細胞質區隔(NCC)測試。


David Sinclair團隊確定了六種化學分子的組合,這些組合在不到一個星期的時間內,且不會損害細胞身份,可以恢復全基因組的年輕轉錄組表達模式,並逆轉轉錄組的老化。


因此,透過逆轉細胞年齡來達到細胞的返老還童不僅可以通過基因手段實現,還可以通過化學小分子手段實現。



老化原因及逆轉老化方法


所有生命都依賴於信息的儲存和保存。在真核生物中,有兩個主要的信息儲存庫:基因組和表觀基因組。


儘管這些信息庫在調節生命分子機器的生產和運作方面相互依賴,但它們在根本上有著不同之處。


基因序列遺傳信息是數位化的,在個體的整個生命週期中,身體的所有細胞中都是大致相同的。相比之下,表觀遺傳信息是由一個較不穩定的數字-類比化編碼的,會因細胞之間的差異以及對環境和時間的變化而變化。

已知至少有十多個"老化的標誌"會導致細胞老化和功能失調。David Sinclair和其他研究人員從酵母到哺乳動物的證據支持這樣一個觀點:

表觀遺傳信息的喪失導致基因表達的改變,進而導致細胞身份的丟失,造成老化!

這些發現與"老化的信息理論"一致,該理論認為信息的下降,尤其是表觀遺傳信息的下降,會引發一系列事件,包括粒線體功能障礙、發炎和細胞衰老,從而導致細胞和組織功能的逐漸衰退,表現為老化和與年齡相關的疾病。


David Sinclair之前在小鼠的研究中表明,細胞損傷(如DNA雙鏈斷裂和細胞壓碎)會促使表觀遺傳信息的損失,這可能導致老化和與年齡相關疾病加速。

細胞衰老是一種永久性細胞週期停滯的狀態,它促進傷口修復、組織重塑和通過停止老化和受損細胞的增殖來預防癌症。衰老與細胞形態、染色質結構的改變以及分泌炎性因子相關,這一過程稱為"衰老相關分泌表型"(SASP)。


細胞衰老的轉變可以由表觀遺傳信息的喪失、端粒縮短、不可修復的DNA損傷和細胞質DNA等因素引發。隨著年齡的增長,細胞老化累積促進發炎,並在整個有機體內產生額外的反應性氧化物(ROS),進而導致多種與年齡相關的疾病,從黃斑變性到血壓升高到代謝紊亂。


自1962年以來,Gurdon和其他人證明了細胞核包含產生具有正常壽命的新個體所需的信息。2006年,Takahashi和Yamanaka證明,四個轉錄因子的表達,即OCT4、SOX2、KLF4和c-MYC(通稱"OSKM"),可以重新程式化成年細胞的發育潛能,使其能夠轉化為不同類型的細胞。這些發現開創了細胞再程式化的領域,2000年代的一系列研究發表表明,來自不同物種的許多不同類型的成年細胞的身份可以被抹除,變成"誘導性多能幹細胞",通常稱為"iPSCs"


Yamanaka因子抹除細胞身份的能力引發了一個重要的問題:是否可能在體內逆轉細胞老化,而不會引發不受控制的細胞增殖和腫瘤形成?


最初看來似乎不可能,因為表達OSKM後的小鼠在兩天內死亡。但Belmonte實驗室、我們的實驗室和其他實驗室的工作已經證實,

通過OSKM表達的脈沖或持續表達只有OSK(省略致癌基因c-MYC)的方式,可以安全地改善體內組織的功能。

例如,在視神經中,三個Yamanaka因子的組合安全地重置了DNA甲基化模式和基因表達模式,通過一個主要的機制改善了老年和青光眼小鼠的視力。許多組織,包括腦組織、腎臟和肌肉,現在已經被重新程式化而不會引起癌症。


事實上,通過在整個小鼠體內表達OSK,可以延長它們的壽命。這些結果與存在一個"備份副本"的年輕表觀遺傳組的假設一致,這個副本可以通過部分重新程式化來重置,以恢復組織功能,而不會抹除細胞身份或引發腫瘤形成。

目前,旨在逆轉衰老、治療損傷並治愈與年齡相關的疾病的轉化應用,依賴於將遺傳物質傳遞到目標組織。這是通過方法,如腺病毒載體(AAV)傳遞DNA和脂質納米粒子介導的RNA傳遞來實現的。這些方法可能面臨廣泛應用的潛在障礙,包括將遺傳物質引入體內時的高成本和安全擔憂。


開發一種化學替代方法來模仿OSK的返老還童效果可能會降低成本,縮短再生醫學發展的時間表。這一進展可能使治療各種醫療條件成為可能,甚至可能實現整體身體的返老還童

在這項研究中,David Sinclair團隊開發和利用了新穎的篩選方法,包括一種定量核-細胞質區隔(NCC)測試,可以輕易區分年輕細胞、老化細胞和衰老細胞。我們確定了多種新型的化學小分子組合,這些組合能夠像過度表達OSK一樣恢復細胞活力並逆轉轉錄組的老化。


因此,我們可以通過化學手段而不是基因手段逆轉衰老的某些方面,而且不會抹除細胞身份。


可"逆轉老化"的小分子物質的研究結果


Nucleocytoplasmic compartmentalization (NCC) is disrupted in fibroblasts from old individuals and senescent cells

核-細胞質區隔(NCC)在來自老年個體和衰老細胞的成纖維細胞中被破壞


為了尋找表面上逆轉衰老和衰老細胞效應的小分子,David Sinclair團隊開發了一種高效的高通量系統。不是依賴於一組表現出年齡相關變化的基因,而是希望開發一種依賴年齡的測試方法,作為細胞健康和年輕基因表達模式的替代指標,並確保其在不同細胞類型中的可靠性和應用性。為了提高可擴展性和使用便利性,我們希望開發一種基於螢光的系統,可以通過自動化顯微鏡在每個實驗中對數百萬個細胞進行定量測量。


老化的最明顯的生理特徵之一是核-細胞質區隔(NCC)的惡化,這可以通過核蛋白滲漏到細胞質和蛋白質無法進入細胞核來可視化。在從老年人的成纖維細胞中直接轉化而來的神經元和星形細胞,以及老年蟲和大鼠的腦組織中,核孔複合體的狀況惡化,導致核滲透性增加和細胞質蛋白聚集。


為了監測核滲透性的年齡相關變化,我們將NCC記錄系統引入了來自22歲供體的人類成纖維細胞中(圖 A)。mCherry和eGFP與核定位信號(NLS)和核蛋白外運信號(NES)相連。在健康的年輕成纖維細胞中,這些蛋白質的細胞定位明顯分開,而在來自94歲供體或14歲的Hutchinson-Gilford綜合症(HGPS)患者的成纖維細胞中,細胞質mCherry小點的數量和強度均高於正常22歲供體的成纖維細胞。儘管存在差異,Z因子分析顯示該系統對於大規模篩選目的來說並不足夠堅固,因此我們尋求了另一種方法。


細胞衰老伴隨著細胞核包膜的大幅重組和核-細胞質運輸的破壞,包括Lamin B1的表達和降解的改變,以及細胞質染色質碎片(CCF)的形成。因此,我們推斷,衰老的成纖維細胞在NCC記錄系統中可能產生強烈的信號,這可以用於篩選逆轉表觀遺傳老化的分子。細胞衰老可以通過多種方式誘導,包括端粒侵蝕、致癌基因的表達和DNA損傷。由於複製性衰老會推進DNA甲基化時鐘,但由DNA損傷引起的衰老則不會,因此我們推斷,複製性衰老的細胞可能比其他類型的衰老細胞更具有強大和可靠的特性,可以找到逆轉表觀年齡的化學組合。



利ˋ用NCC方法,可準確監控細胞老化!
利ˋ用NCC方法,可準確監控細胞老化!

為了避免由於在衰老人口中增加了一小部分可複製細胞而導致的意外虛假返老效果,所有實驗都在低血清條件下進行,完全抑制細胞分裂。


在非衰老、靜止的對照成纖維細胞中,mCherry和eGFP信號可以清楚地區分開(圖 B- D)。衰老的成纖維細胞通過培養多次(每次以新培養基1:3-1:5稀釋),直到完全停止生長兩周,出現衰老細胞的形態變化,細胞週期調節子p21(CDKN1A)轉錄物的顯著增加,以及其他與衰老相關的基因表達變化。


在衰老的成纖維細胞中,mCherry在細胞質中聚集,並與eGFP共定位(圖 E- G),與先前的報告一致。通過Pearson相關性測量,信號的共定位在複製性衰老細胞中明顯高於靜止細胞(圖 H)。這些實驗表明,

NCC系統可以在實質上實時分辨非衰老細胞和複製性衰老細胞。


利ˋ用NCC特性,準確監控細胞老化!
利ˋ用NCC特性,準確監控細胞老化!




Reversal of characteristics of cellular senescence by epigenetic reprogramming

細胞衰老特徵的逆轉:透過表觀遺傳重編程


為了評估核-細胞質區隔(NCC)系統在檢測恢復年輕功能和基因表達模式的干預措施方面的應用性,我們首先測試了它是否能檢測基因介導的表觀遺傳年齡逆轉效應。


Yamanaka因子OCT4、SOX2和KLF4(OSK)的異位表達可以使老化細胞和組織恢復年輕的基因表達模式、表觀遺傳年齡和年輕的功能。我們之前發表的反向四環黴素調節轉錄因子(rtTA)模塊和受四環黴素誘導啟動子(Tet-on)調控的多激酶OSK同源體(cistron)被轉導入人類成纖維細胞中,通過慢病毒創建穩定的細胞系,並傳代直到達到複製性衰老。在這些成纖維細胞中,使用多西環黴素的處理足以激活OSK基因組。


轉錄組學變化參與驅動與衰老相關的功能下降,並提供了有效的生物標記,可預測生物學年齡和生日年齡。為了驗證這些表型變化是否反映了一個更年輕的表觀遺傳特徵,我們通過全基因組RNAseq分析了轉錄組學特徵。將靜止狀態的年輕細胞與靜止狀態的老化細胞進行比較,識別出190個明顯上調的基因和326個明顯下調的基因。在連續4天誘導OSK後,年齡上調基因中有43.2%(82個)的表達下降,年齡下調基因中有65.3%(213個)的表達上升(圖2A-2D)。


總的來說,幾乎一半被衰老影響的基因通過OSK表達得到恢復(圖2B,2D)。這一發現與我們之前的研究結果以及其他研究的結果一致,表明在各種細胞類型和組織中,包括人類和小鼠成纖維細胞,表達OSK可以顯著恢復老化細胞的表觀遺傳景觀和基因表達模式。我們將這個過程稱為"EPOCH"方法,即老細胞健康的表觀編程。



EPOCH"表觀基因重編程
圖2:"EPOCH"表觀基因重編程

基因本體學(Gene Ontology, GO)分析顯示,上調基因的前20個GO生物過程涵蓋了衰老的關鍵特徵,包括發育、局部化和運輸的失調,其中11個被OSK逆轉(圖2E)。儘管在所有條件下都沒有細胞分裂,但衰老導致了細胞週期基因mRNA水平的細微但顯著的變化,包括p21。許多與細胞週期相關的過程被衰老下調的基因豐富化,其中前20個中有19個被OSK表達逆轉(圖2F)。這結果顯示,

OSK的誘導在一定程度上抵消了衰老引起的變化,達到返老還童效果!

通過NCC系統,我們研究了細胞從靜止狀態轉變到衰老時核-細胞質完整性的惡化,以及OSK治療對這些衰老細胞的返老還童效應(圖2G,2H)。我們使用細胞的橫截面強度輪廓來評估螢光分子分佈之間的相關性(圖2I)。與靜止細胞相比,衰老細胞中mCherry和eGFP的聚集明顯增加,這表明核-細胞質完整性被破壞(圖2J)。



OSK表觀基因重編程,逆轉老化的效果明顯
圖2:OSK表觀基因重編程,逆轉老化的效果明顯!

經過4天的OSK治療後,衰老細胞的NCC完整性顯著恢復,與靜止的非衰老細胞群體相當(圖2J)。綜上所述,這些數據表明,

OSK介導的表觀遺傳重編程顯著逆轉了與衰老相關的病理和轉錄組學變化,並且NCC記錄系統可以檢測到OSK對衰老細胞的返老還童效應。




Reversal of senescence-associated NCC changes by reprogramming small molecules

透過重編程小分子逆轉衰老相關的細胞核質分隔(Nucleocytoplasmic compartmentalization, NCC)變化


為了尋找能夠返老還童,逆轉老化和衰老細胞的小分子,我們精選了已經成功將人類和小鼠體細胞重編程成化學誘導多能幹細胞(CiPSCs)的分子,並利用NCC測試來進行評估。


同樣地,我們使用完全衰老的細胞,以避免因細胞週期或進入衰老狀態而引起的變化。已知表觀遺傳年齡在OSK(M)介導的重編程過程中在一周內進行逆轉,而表觀遺傳年齡持續降低直至多能幹細胞的形成,達到約零歲的年齡。為確保一致性,我們最初在相同的四天內測試小分子組合這是OSK安全且一致地使細胞返老還童所需的時間。


為了實現年齡降低而不改變細胞身份,我們專注於在CiPSC形成的早期可能有效的小分子,包括丙戊酸(V),CHIR-99021(C),E-616452(6),氫化三氯普明(T)和腺苷酸环化酶(F)。


之前的研究顯示,在使用小分子進行重編程時,單獨OCT4或SKM與VC6T或C6NF組合分別可以生成iPSCs,而VC6TF可以促進小鼠細胞中早期重編程的間葉向上皮轉變。由於小鼠和人類的分化差異已知,我們還研究了一些報導用於生成人類CiPSCs初始狀態的分子,包括CHIR-99021(C),E-616452(6),TTNPB(N),Y-27632(Y),Smoothened激動劑(S)和ABT-869(A)。


將分子VC6TF(Cocktail 1:C1)和C6NYSA(Cocktail 4:C4)作為基礎重編程組合使用,並添加其他增效劑,這些增效劑已知可以增加iPSC效率,包括丁酸鈉,基本成纖維母細胞生長因子(bFGF)和α-酮戊二酸(α-KG)(圖3A,3B)。


青春藥丸組合,有效逆轉衰老
圖3:青春藥丸組合,有效逆轉衰老!

根據已知的事實,使用SKM或僅使用O也可以生成iPSCs ,我們評估了增效劑對VC6T(SKM替代品)和F(O替代品)的影響。我們還評估了包含C6N的組合的效果,因為有研究稱從Cocktail 4(C6NYSA)中去除Y、S或A並未降低CiPSC的效率。


在80種在NCC測試中測試的組合中,VC6TF基礎組合是最有效的,可以恢復核-細胞質區隔的完整性,這是逆轉衰老的關鍵特徵(圖3B)。最近的一項未發表的研究報導稱,6T預處理可以防止人類成纖維細胞的衰老,並且6、T或6T可以將秀麗隱桿線蟲的壽命延長高達42.1% 。然而,在我們的系統中,單獨使用F或VC6T組合並未對逆轉衰老表型產生好處(圖3B)。


接下來,我們選擇了六種小分子組合進一步研究,其中三種基於Cocktail 1,還包括兩種添加劑(稱為Cocktail 2和3),另外三種基於Cocktail 4並加入額外添加劑(稱為Cocktail 5和6)。在這些組合中,組蛋白脫乙醯酶抑制劑丁酸鈉是對人類和小鼠組合(C2和C5)都最有效的添加劑之一。基本成纖維母細胞生長因子(bFGF)用於Cocktail 3,而α-酮戊二酸(α-KG)則包含在Cocktail 6中。為了更好地評估這些化合物對NCC完整性的影響,我們使用Pearson相關分析來評估螢光蛋白的分佈(圖3C,3D)。這六種組合在衰老細胞中統計上顯著改善了區隔,無論是在相關分析(圖3C)還是在NCC信號成像方面(圖3D)。


將近二十年來,已知染色質標記的書寫和維護對於重編程是至關重要的。因此,我們在我們的篩選中加入了已建立的染色質重塑因子的抑制劑,以研究這些因子是否代表了返老還童的障礙或關鍵驅動因素。


C1和C4啟動的返老還童路徑都被H3K9甲基轉移酶G9a(BIX01294,0.5μM)和轉化生長因子-β(TGF-β)(SB431542,10μM)的抑制所阻斷,然而當H3K27甲基轉移酶PRC2的EZH2被抑制(DZNep,20 nM)時,它們並未受到干擾(圖3B)。




Small molecules can reverse the age of the transcriptome with no loss of cell identity

小分子能夠在不喪失細胞身份的情況下逆轉轉錄組的年齡


在改善了核-細胞質區隔的情況下,我們進行了RNA-seq來測試這六種組合對轉錄組年齡的影響。在化學處理後,我們觀察到受化學處理影響的基因與從靜止到衰老轉換的基因之間存在明顯的重疊。


我們還觀察到這兩組組合通常干擾相同的基因群體。化學組合的處理並未導致成纖維細胞表現非特異性細胞身份標記。最後,在RNA-seq數據集中,我們並未觀察到iPSC特異性基因或基因模塊的表達。此外,我們進行了免疫螢光染色,尋找與多能性相關基因(如NANOG和EPCAM)的表達跡象,但未能看到任何表達。綜上所述,這些數據表明

化學分子介導的治療只是部分重編程,並未完全回復到多能性細胞

然後,我們使用經過小鼠、人類和混合訓練數據集訓練的轉錄組時鐘來測試這六種組合對細胞轉錄組年齡(tAge)的影響。使用小鼠轉錄組時鐘和人類轉錄組時鐘來評估相對轉錄組年齡(圖4A,4B)。


使用人類特異性時間鐘來確定年齡變化(圖4C)。與靜止細胞相比,衰老細胞的轉錄組年齡有明顯增加,這與先前評估DNA甲基化年齡的研究結果一致。


將NCC細胞與這六種化學組合(C1-6)處理後,衰老細胞的轉錄組年齡顯著降低,來自小鼠研究的組合(C1-3)相對於來自人類的組合產生更大的轉錄組年齡降低(圖4A,4B)。


青春藥丸,返老還童的效果
圖4:青春藥丸,返老還童的效果!


所有六種組合的效果在混合和小鼠轉錄組時鐘之間存在差異,混合時鐘顯示所有六種組合使年齡更大幅度降低,而小鼠時鐘則顯示各種組合之間的差異較小。

所有六種重編程組合也顯著降低了NCC衰老細胞的估計年齡,年齡降低了數年(圖4C)。與基於時鐘的轉錄組年齡估計結果一樣,C1,C2和C3產生了最大的效果,

僅在4天的治療後,年齡減少了3-5年

以參考為例,這四天的治療效果可與2019年一項具有里程碑意義的研究中觀察到的一年再生治療的總變化相媲美,該研究也專注於恢復表觀遺傳信息。


為了理解化學組合對細胞身份和功能的影響,我們評估了化學處理細胞的整體基因表達模式,並將其與老年人類細胞和OSK(M)誘導的小鼠和人類誘導多能幹細胞(iPSC)進行了比較。


我們以Spearman等級相關性的熱圖形式表達了這些群組之間的基因表達相關性(圖4D)。儘管化學組合具有不同的化學成分,但所有六種組合的轉錄組剖面在熱圖中聚集在一起,其中C4-6的人類組合和C1-3的小鼠組合在各自的組內聚集更緊密(圖4D)。


所有六種化學處理均與誘導多能幹細胞(iPSC)人群呈正相關,並且與特定器官(例如腎臟和大腦)以及小鼠、大鼠和人類的多個組織中發生的與年齡相關的變化呈負相關。與轉錄組時鐘分析一致,小鼠C1-3組合在細胞轉錄組上產生了更一致和更強的抗衰老效果,優於人類組合(C4-6)。


青春藥丸的實測結果
圖4:青春藥丸的實測結果


接下來,我們進行了基因集豐富度分析(GSEA),以確定化學處理、衰老特徵和OSK(M)誘導的iPSC之間的相似性和差異性可能的途徑。該分析包括KEGG基因庫、HALLMARK基因集合和Reactome途徑庫(圖4E)。化學組合的抗衰老效應,特別是來自小鼠的組合,與呼吸相關途徑(如氧化磷酸化和線粒體翻譯)的上調有關,以及缺氧和多種與炎症相關的途徑(如干擾素和JAK-STAT信號傳導途徑)的下調,這些途徑已知與SASP相關。


例如,干擾素和其他SASP因子誘導的JAK-STAT信號傳導有助於衰老細胞與其微環境之間的復雜相互作用。


綜上所述,這些數據顯示本研究鑒定的化學組合

不僅可以逆轉NCC對衰老的影響並使其轉錄組年輕化,而且還可以逆轉衰老的關鍵轉錄標記(圖4F)。


青春藥丸能上市嗎?


同樣是David Sinclair 團隊的抗老研究,與其用OSK基因編輯手段來逆轉老化,採用化學小分子的組合來改變表觀基因組,顯然是更便宜、快速且較容易的方法,但問題是這些方法安全嗎?青春藥丸能上市嗎?

本次研究提供了證據,基於蛋白質亞細胞區分和年輕及衰老細胞的基因表達模式,顯示小分子可以在不抹去細胞身份或誘導iPSC樣態的情況下逆轉細胞的轉錄組年齡。我們將這種方法稱為EPOCH法。


NCC系統作為表觀年齡逆轉的明顯代用生物標記,在年輕、老年、衰老、HGPS和OSK處理的細胞株中作為對照組,為更大規模、更廣泛的尋找重生因子的篩選奠定了基礎。接下來的研究正在進行中,以阐明調控這些重生效應的細胞機制,尤其強調細胞顯然在寫入然後讀取早期表觀遺傳信息的“備份副本”,來重置染色質結構並重新建立年輕的基因表達模式的機制。


NCC的破壞是各種物種衰老的一個已確立的效應,與其他疾病直接相關,包括肌萎縮性脊髓側索硬化症(ALS)和顳葉顳癡呆(FTD)。本研究顯示,OSK的表達會明顯改善在細胞衰老中核質區分的完整性。因此,進一步研究EPOCH化學組合如何恢復NCC完整性和蛋白質分割,可能為改善年長者和患有與年齡相關的特定細胞類型和組織疾病的患者的健康提供治療途徑。


神經系統是一個例子,健康的NCC對於組織的正常功能至關重要,並且常常受到與衰老相關的疾病的影響。對年齡控制的其他方法,例如最近發表的“可誘導的表觀遺傳變化”(ICE),該方法能夠加速體外和體內的正常表觀遺傳老化,應有助於進行此類研究。


OSK重編程和重生組合對轉錄組的分析表明,這些干預方法廣泛改善衰老的特徵,如炎症、粒線體代謝、溶酶體功能、細胞凋亡、p53和生長信號的明顯變化。


此外,根據轉錄組時鐘的結果,所有六種化學組合(C1-C6)使生物學和時間學年齡都降低到甚至低於非衰老細胞人群的水平,表明這些組合是強效的,能夠逆轉與衰老相關的細胞功能障礙。


儘管鼠和人類化學組合成分不同,但它們影響的主要基因群組相同,這表明這些效應可能通過共享的途徑產生。


正在進行的實驗旨在了解EPOCH處理對來自年輕和老年個體的各種細胞類型的影響,其結果將為我們提供有關它們是否與OSK(M)對細胞和組織的廣泛有益效果相類似的信息。


最有效的重生化學組合是VC6TF。鑑於VC6TF尚未被研究能夠完全重編程人類細胞為CiPSCs,並且任何化學處理的最大持續時間僅限於四天,這項研究證實了重生效果與重編程的早期階段相關並且至少部分與多能幹細胞相分離的觀點。


為了充分理解化學表觀遺傳年齡逆轉的工作原理,將進行的工作包括確定這些化學重生組合如何影響轉錄因子、OCT4、SOX2和KLF4,或者它們是否啟動獨立的程序。此外,還需要進一步確定參與其中的染色質和轉錄調節因子,例如TET酶、PRC1/2和HDACs。


目前進行的研究和正在進行的其他研究表明,某些但不是全部的重生機制在部分重編程模式之間是共享的。鑒於BIX01294(G9a組蛋白甲基轉移酶抑制劑)可以促進完全重編程和iPSCs的形成,它可能是化學重生化中建立新的H3K9me1/2標記的獨特途徑。G9a在衰老方面尚未進行深入研究,除了一份報告中提到在某些組織中與其相關標記的年齡相關降低。


本研究聚焦於生理性的重生和對老化已確立的特定表觀基因組特徵的分析。化學重編程是否能夠減緩或逆轉衰老的其他特徵,以及它對非衰老細胞和不同細胞類型、組織和物種的效果,需要進一步探討。目前正在進行的實驗將確定重編程結束後重生效果的持久性以及化學EPOCH (cEPOCH)的作用機制。


儘管這些和其他組合的化學物質實現EPOCH的潛力巨大,例如治療失明、肝衰竭和皮膚損傷,但考慮到在小鼠中表達全部四個Yamanaka因子的毒性影響,在進行人體試驗之前,對化學重生化學組合的安全性進行嚴格的哺乳動物動物模型測試至關重要。


儘管轉錄組分析未顯示任何發展成多能幹細胞的跡象,例如NANOG等促癌基因的mRNA不存在,以及通過RNA-seq分析尋找多能性特徵的結果,評估這些和其他重生組合的完全安全性是通過在多個動物模型中測試其效應,特別注意組織異常或癌症跡象來進行的。


迄今為止,我們對遺傳和化學重生方法的實驗表明,細胞具有阻止變得過于年輕或完全失去其身份(如OSKM創建的iPSC)的屏障。理解這種假設的屏障也將加快開發越來越有效的細胞重生方法的步伐。


觀察到細胞的遺傳和化學重生是可能的,恢復早期基因表達模式的同時保留細胞身份,這表明老細胞具有重置其生物年齡的信息,符合“信息論衰老”理論。確定這種假設信息是如何編碼和存儲的,以及其所在的位置,將大大加速開發越來越有效的細胞重生方法。


未來的工作將致力於了解這些和其他EPOCH治療對體內效果的持續時間,以及它們是否能夠逆轉衰老特徵並延長小鼠的壽命,與使用AAV-OSK治療類似。


本研究開發的試驗方法,結合機器人技術和人工智能的不斷增強能力,將促進對安全逆轉哺乳動物衰老的基因、生物物質和小分子進行越來越大規模的篩選,鑒於衰老是導致人類疾病和痛苦的最大因素,這些進展不容遲緩。


值得注意的是,本研究的轉錄組分析並未顯示任何發展為多能幹細胞的跡象,同時通過RNA-seq分析尋找多能性特徵也未發現任何表達。


因此,

化學分子重生的方法似乎僅限於細胞的部分重編程,並且不會完全重置為多能幹細胞狀態。

這表明EPOCH化學組合是針對細胞早期重編程階段的效應,並且在一定程度上是與多能幹細胞程序分開的。


總的來說,本研究結果顯示,小分子可以逆轉細胞的轉錄組年齡,並且這種逆轉效果不會影響細胞身份,也不會誘導iPSC樣態


這一發現為開發新型的抗衰老方法奠定了基礎。進一步研究將有助於深入了解化學重生的機制,並加速發展更有效的細胞重生方法。此外,我們需要通過在動物模型中測試安全性來確保這些重生組合的實際應用。如果這些方法的安全性得到確認,它們將有望為人類提供抗衰老和延年益壽的潛在治療方法。



青春藥丸",返老還童總結

這篇論文引人入勝地探討了逆轉細胞衰老的關鍵發現。研究團隊使用了一種創新的NCC(核質分隔)監測系統來觀察細胞中核質分隔的變化,並開發出高通量的篩選系統,以尋找可以逆轉衰老和細胞老化現象的小分子化合物。


透過對細胞的基因表達模式進行綜合分析,他們發現了一個有趣的結果:借助遺傳和化學途徑,細胞可以重設它們的轉錄組年齡,使其恢復早期的基因表達模式,同時保持其原有細胞身份,並不會轉化為多能幹細胞樣態。這一發現意味著可以通過小分子化合物的應用來逆轉細胞衰老,從而為抗衰老方法的開發提供了新的思路和策略。


在多種化學組合中,通過機器學習和人工智能等技術的進一步應用,將有助於發現更多的化學組合,以及它們在細胞重生方面的潛在效果。


這項研究的重要意義在於,它提供了一種可行的方法來對抗細胞衰老和逆轉年齡相關變化,從而為抗衰老治療和延長人類壽命的研究帶來新的希望。然而,在將這些化學組合應用於人體前,仍需要對它們在動物模型中的安全性進行詳細的評估。


總的來說,這項研究為我們揭示了細胞重生的潛力,以及通過小分子化合物來實現逆轉細胞衰老的可能性。它不僅擴展了我們對衰老過程的理解,還為抗衰老和細胞治療的發展打開了新的大門。


隨著更多的研究和探索,相信我們將能夠找到更多的方法來維持細胞的健康,並延緩或逆轉衰老的過程,從而為人類帶來更長、更健康的生命。

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