衰老是人体重要的生物学过程。慢性
DNA
损伤信号可诱导永久的细胞周期阻滞，并驱动应激和衰老细胞中某些细胞因子、趋化因子、生长因子和蛋白酶的表达和分泌，从而对组织微环境产生有害影响，这些特征被统称为衰老相关分泌表型（
SASP
）。
SASP
可导致正常干细胞相关功能的丢失，损害其在组织更新中的作用。虽然通过遗传操作或药物干预可达到清除衰老细胞、提高小鼠寿命的作用。然而，衰老细胞是正常生理所必需的，单纯清除衰老细胞可能会产生意想不到的不良后果。细胞重编程作为另一种常见的细胞调控策略，为干预细胞衰老带来了新的曙光，然而目前的重编程策略不能区分细胞状态，会对健康细胞造成不可预测的破坏。因此，来自
美国硅谷阿尔托斯实验室的
Juan Carlos Izpisua Belmonte
教授团队
针对小鼠中应激和衰老细胞进行特异性重编程，在器官和生物体水平实现年轻化。
首先，研究者以腺病毒（
AAV
）作为载体，利用细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂
2a
（
Cdkn2a
）启动子靶向应激
/
衰老细胞，通过抑制
SASP
活性和部分重编程两种方式进行细胞调控（图
1A
）。抑制
SASP
的方法中，在腺病毒
Cdkn2a
启动子后插入
NF-
κ
B
通路的抑制基因
NFKBIA
，以阻断
NF-
κ
B
的入核，减少
SASP
的活性。部分重编程的方法中，剔除传统山中因子中与肿瘤相关的
c-Myc
，在
Cdkn2a
启动子后仅插入
Oct-4
，
Sox-2
以及
Klf4
（
OSK
）三种因子的基因序列以实现细胞部分重编程（图
1A
，
B
）。
8
周龄
LAKI
小鼠靶向衰老治疗结果显示，两种方法均可显著延长小鼠的寿命，但部分重编程策略效果更佳（图
1C
）。组织学染色结果也显示，
m-Cdkn2a-OSK
组小鼠的各组织更年轻，多能干细胞的比例接近于年轻小鼠（图
1D-F
），且组织中的促炎细胞因子
mRNA
水平显著降低（图
1G
）。
通过转录组测序对各器官进行分析，发现在
m-Cdkn2a-OSK
组小鼠中，参与炎症信号传导的基因下调，参与免疫清除通路的基因上调（图
1H
）。即
m-Cdkn2a-OSK
可有效靶向衰老细胞，提高小鼠的整体寿命。
研究者通过各种应激源（剂依托泊苷和博来霉素，以及致癌的
RAS
诱导）构建人原代肺成纤维细胞系（
IMR90
）衰老模型，探究细胞过表达
OSK
后的命运（图
2A
）。在复制性衰老模型中，研究者发现
m-Cdkn2a-OSK
的治疗使细胞的基因转录更加接近于年轻细胞（图
2C
），在不影响细胞周期与细胞增殖的前提下显著降低衰老导致的炎症水平（图
2B
，
D
，
E
）。通过
DNA
损伤或致癌
RAS
诱导的应激细胞中也观察到了类似的结果
（图
2F
）。表明
m-Cdkn2a-OSK
的治疗可在低致癌性的风险下有效减少各种因素所导致的细胞衰老（图
2
）。
研究者进一步利用
p16-3MR
小鼠构建衰老动物模型，验证
m-Cdkn2a-OSK
在体内的抗衰老效果。结果显示，在
2
年的时间内，治疗组中不仅没有出现肿瘤等重编程的副作用，还可缓解小鼠由于衰老导致的体重减少，并有效延长小鼠的寿命（图
3A-C
）。组织学染色也显示，
m-Cdkn2a-OSK
有效缓解衰老小鼠中的肝脏纤维化以及皮肤修复能力退化，相比于对照组，治疗组皮肤中编码促炎细胞因子的基因表达减少，伤口愈合改善（图3
D-J
），证明了部分重编程策略在体内缓解衰老延长寿命的作用。
综上所述，研究者们通过
AAV
负载
Cdkn2a-OSK
可通过靶向衰老细胞进行重编程，在体内外缓解细胞衰老，从而有效延长小鼠寿命，为抗衰老治疗提供了新思路。
该研究由美国硅谷阿尔托斯实验室的
Juan Carlos Izpisua Belmonte
教授团队，并于
2024
年
9
月
11
日在线发表于
Sci. Transl. Med
。
文献信息：
Sanjeeb Kumar Sahu, Pradeep Reddy, Jinlong Lu, Yanjiao Shao, Chao Wang, Mako Tsuji, Estrella Nuñez Delicado, Concepcion Rodriguez Esteban, Juan Carlos Izpisua Belmonte*, Targeted partial reprogramming of age-associated cell states improves markers of health in mouse models of aging. Sci Transl Med 2024, 16: eadg1777.
供稿：于启帆
审核：过倩萍
编辑：许梦平
