逆转衰老“时钟”！眼球神经细胞再生或能恢复视力 老龄小鼠已显示新希望

哈佛医学院(Harvard Medical School)的科学家们成功地恢复了老鼠的视力，成为最新的一项重磅衰老研究突破。他们将小鼠眼睛的神经元，重编程到一个更年轻的状态，视网膜上老化的眼睛细胞时钟“逆转”，从而让它们的视力获得再生和功能恢复。

在12月2日的《自然》杂志上，这个团队描述了他们的研究和成果。该研究首次证明了有可能安全地重新编程复杂的组织——比如眼睛的神经细胞，使其“重获新生”。

除了重新设定细胞的老化时钟，研究人员还成功地逆转了动物的视力损失，这些动物患有一种类似人类“青光眼”的情况。

研究小组称，这一成就代表了第一次成功尝试“逆转”青光眼引起的视力下降，而不仅仅是阻止它的发展蔓延。

如果能在进一步的研究中得到复制，这种方法将为促进不同器官的组织修复、逆转人类衰老和年龄相关疾病的治疗铺平道路。

布拉瓦尼克的遗传学研究所教授、哈佛医学院的副主任资深作者David Sinclair和他的同事提醒称，在进行任何人体实验之前，这些发现还需要在进一步的研究中得到进一步试验和证实，包括在不同的动物模型中。

不过，David Sinclair称:“如果通过进一步的研究得到证实，这些发现可能会对青光眼等与年龄有关的视力疾病的治疗，以及对疾病的生物学和医学治疗领域产生颠覆性影响。”

在他们的工作中，研究小组使用一种腺相关病毒(AAV)作为载体，将三种恢复青春的基因——Oct4、Sox2和Klf4——导入小鼠的视网膜中，这三种基因通常在胚胎发育期间启动。这三个基因和第四个没有在这项工作中使用的基因被统称为山中（Yamanaka）转录因子。

这种治疗对眼睛有多种有益作用。首先，它促进了视神经损伤小鼠视觉神经损伤后的神经再生。其次，它逆转了动物的视力下降，使其出现一种类似人类青光眼的情况。最后，它逆转了没有青光眼的衰老动物的视力下降。

这个团队的方法是基于一个关于人类衰老机制的理论。人体内的大多数细胞含有相同的DNA分子，但功能却大相径庭。为了达到这种程度的特化，这些细胞必须只读取特定于它们类型的基因。这种调控功能属于表观基因组的范畴，表观基因组是一种以特定模式“开启”和“关闭”基因，而不改变基因基本的潜在DNA序列的系统。

这一理论假设：随着时间的推移，表观基因组的改变会导致细胞读取错误的基因并产生功能障碍，从而导致衰老性疾病。表观基因组最重要的变化之一是DNA甲基化。

DNA甲基化是否会导致细胞内与年龄相关的变化仍不清楚。在目前的研究中，研究人员假设，如果DNA甲基化确实控制了衰老，那么消除它的一些痕迹可能会逆转活的有机体内细胞的年龄，使它们恢复到更早、更年轻的状态。

过去的研究已经在实验室培养皿中培养的细胞中完成了这一壮举，但还没有证明在活的生物体中的效果。

新的发现表明，这种方法也可以用在动物身上。

克服一个重要的障碍

该研究的主要作者、哈佛医学院遗传学研究员、前辛克莱实验室博士生Yuancheng Lu开发了一种基因疗法，可以安全地逆转活动物体内细胞的年龄。

其实验建立在诺贝尔奖获得者山中伸弥（Shinya Yamanaka）的发现基础上。Shinya Yamanaka发现了四种转录因子：Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc，它们可以消除细胞上的表观遗传学标记，使这些细胞回到原始的胚胎状态，然后它们可以发展成任何其他类型的细胞。

不过，随后的研究显示了两个重要的挫折：首先，当他们在成年小鼠上开展试验时，这四种“Yamanaka”因子也可能诱发肿瘤生长，使得该方法不安全。第二，这些因子可以将细胞状态重置为最原始的细胞状态，从而完全消除细胞的身份。

Lu和同事们通过对方法进行轻微修改，绕过了这些障碍。他们放弃了c-Myc基因，只移植了剩下的三个“Yamanaka”因子Oct4、Sox2和Klf4。这种改良的方法成功地逆转了细胞老化，同时又不会刺激肿瘤生长或失去它们的身份。

基因治疗在视神经再生中的应用

在目前的研究中，研究人员将目标锁定在中枢神经系统的细胞，因为它是身体中最先受到衰老影响的部分。出生后，中枢神经系统的再生能力迅速下降。

为了测试幼鼠的再生能力是否可以传授给成年小鼠，研究人员通过AAV将改良的三基因组合导入视神经损伤的成年小鼠的视网膜神经节细胞。

在这项工作中，Lu和Sinclair与波士顿儿童医院的神经病学和眼科学皇家医学院教授、研究视神经和脊髓神经再生的Zhigang He合作。

这种治疗使受伤后存活的视网膜神经节细胞数量增加了两倍，神经再生增加了五倍。

逆转青光眼和年龄相关的视力下降

在小鼠视觉神经损伤的实验结果令人鼓舞之后，该团队与马萨诸塞州谢宾斯眼科研究所的同事Ear Bruce Ksander(HMS眼科学副教授)和Meredith Gregory-KsanderHMS（HMS眼科学助理教授）合作。他们计划进行两组实验：一组测试三基因鸡尾酒是否能恢复由青光眼引起的视力下降，另一组测试这种方法是否能逆转由正常衰老引起的视力下降。

在一个青光眼小鼠模型中，治疗导致了神经细胞电活动的增加和视觉敏锐度的显著提高，这可以通过动物看到屏幕上移动的垂直线条的能力来衡量。值得注意的是，它是在青光眼引起的视力丧失已经发生之后才这样做的。

这种疗法对因正常衰老而视力下降的12个月大的老年老鼠也有类似效果。经过对老年小鼠的治疗，其视神经细胞的基因表达模式和电信号与幼龄小鼠相似，视力得到恢复。当研究人员分析被处理细胞的分子变化时，他们发现了反向的DNA甲基化模式——这一观察表明，DNA甲基化不仅仅是衰老过程中的一个标记或旁观者，而是一种驱动衰老的活性物质。

研究人员说，如果他们的发现在进一步的动物实验中得到证实，他们将在两年内开始临床试验，以测试该方法对青光眼患者的疗效。研究人员说，到目前为止，研究结果令人鼓舞。在目前的研究中，用三基因方法对小鼠进行了为期一年的全身治疗，没有显示出负面的副作用。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://www.glaucoma.org/research/restoring-vision-retinal-nerve-cell-regeneration.php

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201202114531.htm

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2975-4