裂开的DNA被好好修复了,你就会一直变老,但不修复可能会死。哈佛大学的遗传学教授David Sinclair在20多年前,曾提出了一个解释衰老的理论:DNA双链断裂或者严重损伤导致的表观遗传学信息丢失,是生物衰老的一个关键原因。这个理论曾遭受了很多质疑。不过通过13年的研究,他们不仅在老鼠中证实了这个衰老理论,并且揭示了一种新的方法可以逆转衰老。
电影《盗梦空间》中,垂垂老矣、行将就木的日本富商斋藤在自己华丽的宅邸中,见到了一个刚被手下逮捕的中年人。他看着眼前的人,记起曾经见过他......并说自己正在“一个人在孤独地等死”。中年人哀伤的双眼凝视着斋藤说道,“我回来提醒你,一件你曾经知道的事情.....你必须放手一搏,一起回去,这样我们就能重回年轻。”而现实中的我们,谁不曾想象能重回过去,改变一下自己的人生呢?
虽然,我们人类面对的衰老,就像一支往一个方向射出去的箭,永不回头。不过在自然界中,有些生物一直挑战这种规律,例如似乎可以永生的灯塔水母(Turritopsis dohrnii)。
过去的...(此处省略部分内容)...
逆转甲基化时钟ICE老鼠遭受着比正常老鼠更严重的DNA损伤,它们也在以更快的速度老去。不过,拯救它们的方法,其实在3年前已经出现了。
让我们把时间拨回2020年,看看研究人员发表在《自然》上的那项研究。正如前文所说,Sinclair震惊于OSKM(四种山中因子)清零细胞年龄的效果,但只想用它来逆转细胞的生物学年龄,而不是完全清零。此外,为了规避OSKM会引发肿瘤的副作用,他们尝试去除了其中四种转录因子中的一种——c-Myc,将剩下的3个转录因子(统称为OSK)导入老鼠的成纤维细胞和老鼠体内。
这个尝试的结果很好,无论是细胞还是老鼠,癌症发生率都没有增加。在这之后,他们开始探索OSK系统在视神经中逆转细胞衰老的效果。
在哺乳动物体内,中枢神经系统(CNS)会最先因为衰老而丢失再生能力。在胚胎时期和新生儿时期,视网膜神经节细胞(Retinal ganglion cell,RGC)能对受损的轴突进行修复,但数天之后,它们就会丧失这种能力。研究人员将OSK系统分别导入...(此处省略部分内容)...
由此可见,OSK对视神经元的恢复比较成功,那它会如何改变ICE老鼠呢?
他们发现,ICE老鼠细胞中表达OSK后,一些和年龄相关的基因表达变化会比较明显。ICE老鼠细胞的表观遗传年龄逆转了57%。当ICE老鼠经过5周的OSK治疗后,肾脏和肌肉中的衰老标记都显著下降。在12个月大的ICE老鼠视网膜的RGC中,上调的基因中有七成都会参与细胞的发育过程,其中大部分都是经过OSK治疗后恢复的,而这些基因中又有86%是神经系统发育基因。
“我们相信,这些研究首次显示了表观遗传变化是导致哺乳动物衰老的主要驱动力,”Sinclair说:“我们希望这些结果能被视为人类控制衰老的一个转折点。这是第一个研究表明,我们可以精确地控制一种复杂动物的生物学年龄:我们可以随意把它变大或变小。”不过还有一些问题,研究并没有解答,例如DNA双键断裂(DSB)是如何推进表观遗传时钟的变化。
有一种可能性是DSB导致了参与去甲基化的TET酶和DNA甲基转移酶的重新定位。这些酶重新定位到修复部位,直到修复完成,可以维系细胞的生存。然而,随着时间的推移,持续的DSB会导致染色质因子(例如参与甲基化和乙酰化修饰的酶)分散等等,从而使细胞和组织老化。幸运的是,哺乳动物保留了年轻时的表观遗传信息的备份副本,可以有效地恢复旧组织的功能,这有点类似于清空电脑,重新安装软件。
《细胞》论文的共同第一作者Jae-Hyun Yang说,“我们希望这些发现将改变我们看待衰老过程的方式,以及我们治疗与衰老相关的疾病的方式。”不过在此之前,这些研究结果需要在大型哺乳动物和人类中进行重复,对非人类灵长类动物的研究目前正在进行中。值得...(此处省略部分内容)...