細(xì)胞“返老還童”邁出關(guān)鍵一步，首個(gè)“人體臨床試驗(yàn)”即將開始

一個(gè)新興領(lǐng)域即將啟動(dòng)全球首個(gè)人體臨床試驗(yàn)，以驗(yàn)證適度回?fù)芗?xì)胞發(fā)育進(jìn)程能否安全修復(fù)衰老組織與器官。

作者：海蒂·萊德福德（Heidi Ledford），來自《自然》雜志

盧元成（瑞安·盧）當(dāng)時(shí)幾乎屏住呼吸，等著實(shí)驗(yàn)室同事調(diào)好顯微鏡焦距。

他們面前的載玻片上，是盧最新一次嘗試讓衰老的視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞“時(shí)光倒流”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如果成功，這套方法有望幫助青光眼老年患者恢復(fù)視力——青光眼是一種與年齡相關(guān)、會(huì)損傷視神經(jīng)的疾病。未來某天，它或許還能讓腎、肝等器官重返年輕，甚至可能作用于大腦。

三年里，盧試過各種方案，全都失敗了。但這次看起來不一樣。他向小鼠眼中導(dǎo)入了三種基因，理論上能讓細(xì)胞退回更年輕的發(fā)育狀態(tài)。顯微鏡下，他似乎看到了新生的跡象。此刻，他正請(qǐng)同事驗(yàn)證自己的判斷。“我當(dāng)時(shí)緊張極了?！比缃袢温氂隈R薩諸塞州劍橋市懷特黑德研究所的遺傳學(xué)家盧說。

結(jié)果出來那一刻，盧在顯微鏡室里又蹦又跳，和同事們擊掌相慶。但他又忍不住擔(dān)心，這場喜悅會(huì)不會(huì)轉(zhuǎn)瞬即逝。

盧和他的團(tuán)隊(duì)，是全球眾多嘗試“細(xì)胞部分重編程”、讓細(xì)胞重返年輕狀態(tài)的研究者之一。忙碌七年之后，他的發(fā)現(xiàn)成為今年即將啟動(dòng)的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)的核心依據(jù)。這將是對(duì)這個(gè)新興領(lǐng)域的一次關(guān)鍵檢驗(yàn)——它已吸引學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界研究者、數(shù)十億美元私人投資，以及硅谷科技精英的目光。這項(xiàng)試驗(yàn)試圖回答一個(gè)極具吸引力的問題：衰老細(xì)胞能否被安全地重變年輕？

有人說，答案可能徹底改寫衰老的定義，為衰老器官返老還童開辟路徑；在最極致、最樂觀的設(shè)想中，甚至能讓整個(gè)人體重返年輕。部分重編程技術(shù)，也將為20年前那項(xiàng)奠基性發(fā)現(xiàn)寫下新篇章：成體細(xì)胞可被重編程為類胚胎干細(xì)胞狀態(tài)。

但風(fēng)險(xiǎn)與希望同樣巨大：如果把細(xì)胞推得太接近干細(xì)胞狀態(tài)，它可能喪失正常功能，甚至癌變?！爱?dāng)細(xì)胞失去自身身份，我們知道這伴隨著某些危險(xiǎn)。”明尼蘇達(dá)州羅切斯特市梅奧診所研究衰老的塔米爾·錢德拉（Tamir Chandra）說。

返老還童的關(guān)鍵因子

2006年，時(shí)任日本京都大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家山中伸彌與同事發(fā)現(xiàn)，四種被稱為轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)——后來被命名為山中因子——可將成體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞），這種細(xì)胞能重新分化成任何類型的細(xì)胞。這一突破被譽(yù)為有望為干細(xì)胞療法鋪路：將iPS細(xì)胞定向分化后注入患者體內(nèi)。今年2月，日本監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)了首批此類iPS細(xì)胞療法，用于治療嚴(yán)重心力衰竭與帕金森病。

但一些研究者開始思考，山中因子是否另有妙用。2010年，現(xiàn)任職于哈薩克斯坦阿斯塔納納扎爾巴耶夫大學(xué)的染色質(zhì)生物學(xué)家普里姆·辛格（Prim Singh）與同事弗雷德·扎庫托（Fred Zacouto）提出：研究者可以短暫導(dǎo)入編碼這些因子的基因，在細(xì)胞完全重置前將其關(guān)閉。他們認(rèn)為，這樣細(xì)胞或許能變年輕，卻不會(huì)丟失自身身份。

辛格說，當(dāng)時(shí)很多研究者難以接受這個(gè)想法——大家都在鉆研iPS細(xì)胞，而非抗衰老。

2016年，另一項(xiàng)研究讓這個(gè)新興領(lǐng)域一舉成名。時(shí)任加州拉霍亞市索爾克生物研究所干細(xì)胞生物學(xué)家胡安·卡洛斯·伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特（Juan Carlos Izpisúa Belmonte）團(tuán)隊(duì)報(bào)告，他們?cè)谛∈篌w內(nèi)短暫、反復(fù)地開關(guān)山中因子。這種周期性表達(dá)，延長了患有早衰癥（一種導(dǎo)致加速衰老的遺傳病）模型動(dòng)物的壽命；在正常老年小鼠體內(nèi)，這些因子促進(jìn)了受損肌肉與胰腺組織的再生。

隨后幾年，小鼠部分重編程研究迎來爆發(fā)。科學(xué)家用山中因子實(shí)現(xiàn)皮膚年輕化、減少疤痕組織、增強(qiáng)肌肉再生、促進(jìn)損傷后心肌細(xì)胞修復(fù)等。一項(xiàng)研究甚至顯示，在老年小鼠腦中周期性表達(dá)山中因子，可改善其記憶測試表現(xiàn)。

不同團(tuán)隊(duì)嘗試各種方式提升山中因子的安全性：有人周期性開關(guān)基因，有人只讓其短暫表達(dá)，希望活性不足以完成完全重編程。盡管這些方法在小鼠身上看似安全，但人們?nèi)該?dān)心體內(nèi)殘留潛能未知的細(xì)胞。“我認(rèn)為，就算訓(xùn)練得再好，恐龍也不是好寵物?！庇鴦蚴蠸hift Bioscience首席執(zhí)行官丹尼爾·艾夫斯（Daniel Ives）說。

盧等人決定去掉其中一個(gè)因子——c?Myc蛋白，因?yàn)楦邼舛萩?Myc可致癌。在一項(xiàng)引發(fā)廣泛關(guān)注的研究中，研究者將剩下三種因子導(dǎo)入老年小鼠全身細(xì)胞?！罢f實(shí)話，我們注射時(shí)以為小鼠會(huì)死。”研究第一作者、加州圣地亞哥市專注衰老研究的生物科技公司Rejuvenate Bio首席科學(xué)官諾亞·戴維森（Noah Davidsohn）說。

但數(shù)月過去，沒有腫瘤出現(xiàn)。相反，多項(xiàng)健康指標(biāo)改善，小鼠比未重編程對(duì)照組壽命更長。加州大學(xué)歐文分校干細(xì)胞與生殖生物學(xué)家維托里奧·塞巴斯蒂亞諾（Vittorio Sebastiano）說，這雖是初步研究，但其他團(tuán)隊(duì)也證實(shí)三種山中因子在小鼠體內(nèi)安全可用。即便如此，他仍擔(dān)心去掉c?Myc可能有缺陷：該蛋白的其他功能（如輔助細(xì)胞分裂），對(duì)某些部分重編程細(xì)胞可能至關(guān)重要。

創(chuàng)紀(jì)錄的投資熱潮

眼下，該領(lǐng)域前景已吸引科技界頂級(jí)富豪投資者。2020年，一批研究者齊聚加州洛思阿圖斯山丘，與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)家尤里·米爾納（Yuri Milner）探討部分重編程的未來?！艾F(xiàn)場氣氛非常興奮，”波士頓哈佛醫(yī)學(xué)院研究衰老的研究員瓦迪姆·格拉德舍夫（Vadim Gladyshev）參會(huì)時(shí)回憶，“大家都感覺一件大事要發(fā)生了?！?/p>

這次會(huì)面促成了Altos Labs的創(chuàng)立，公司由伊斯皮蘇亞·貝爾蒙特參與創(chuàng)辦，2022年憑借米爾納等投資者的30億美元資金啟動(dòng)，創(chuàng)下生物科技初創(chuàng)公司融資世界紀(jì)錄。這股支持引爆了投資熱潮，更多硅谷資本涌入。Altos Labs“就像一個(gè)巨型路標(biāo)”，艾夫斯說，“突然間，大批投資者都想抓住這個(gè)機(jī)會(huì)?！?/p>

舊金山OpenAI首席執(zhí)行官薩姆·奧爾特曼（Sam Altman）投資了加州雷德伍德城的長壽公司Retro Biosciences，該公司正推進(jìn)部分重編程等項(xiàng)目。加密貨幣交易所Coinbase首席執(zhí)行官布萊恩·阿姆斯特朗（Brian Armstrong）參與創(chuàng)辦了加州南舊金山的部分重編程公司NewLimit。

但波士頓生物科技公司Life Biosciences，大概率會(huì)成為首個(gè)在人體測試部分重編程的機(jī)構(gòu)。該公司由盧的博士導(dǎo)師、哈佛醫(yī)學(xué)院衰老研究者戴維·辛克萊（David Sinclair）聯(lián)合創(chuàng)立——辛克萊曾因?qū)顾ダ席煼òl(fā)表大膽論斷而受到同行批評(píng)。Life Biosciences計(jì)劃基于辛克萊與盧的研究，利用病毒載體將不含c?Myc的三種山中因子，導(dǎo)入因青光眼導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)損傷患者的一只眼睛。

公司首席科學(xué)官莎倫·羅森茨威格-利普森（Sharon Rosenzweig-Lipson）表示，他們會(huì)穩(wěn)步推進(jìn)：先治療最多12名特定類型青光眼患者，再治療最多6名另一種名為非動(dòng)脈炎性前部缺血性視神經(jīng)病變（NAION）的急性視神經(jīng)損傷患者。導(dǎo)入的基因由基因開關(guān)調(diào)控，僅在受試者服用特定抗生素時(shí)才會(huì)激活。猴類研究未發(fā)現(xiàn)該療法致癌或產(chǎn)生其他有害作用，受試者將接受至少五年隨訪。

“如果成功，將是顛覆性突破，”塞巴斯蒂亞諾說，“會(huì)是巨大進(jìn)步?！钡拇罄麃喣珷柋狙劭蒲芯恐行纳窠?jīng)生物學(xué)家皮特·威廉姆斯（Pete Williams）認(rèn)為，從這項(xiàng)初期試驗(yàn)中很難判斷療法是否真的起效。確定最佳劑量可能很困難，而且和多數(shù)首次臨床試驗(yàn)一樣，該研究僅設(shè)計(jì)用于測試安全性。此外，讓眼部神經(jīng)再生算不算逆轉(zhuǎn)衰老本身就有爭議。威廉姆斯持懷疑態(tài)度：“這就像說年輕人比老年人強(qiáng)壯，可你把老年人練得很強(qiáng)壯，不代表他變年輕了?！?/p>

對(duì)塞巴斯蒂亞諾而言，這只是語義之爭：“這是隨時(shí)間或發(fā)育出現(xiàn)的功能喪失，我們叫它衰老就行。只要能安全逆轉(zhuǎn)，我不在乎叫什么?！?/p>

部分重編程與一種衰老理念高度契合：衰老不僅源于損傷隨時(shí)間累積，還源于細(xì)胞表觀基因組的改變——表觀基因組是附著在基因組上、可影響基因活性的化學(xué)標(biāo)記（如甲基）集合。發(fā)育過程中表觀基因組的變化，被認(rèn)為是細(xì)胞身份的核心組成；而山中因子與細(xì)胞表觀遺傳機(jī)制相互作用，回?fù)懿糠指淖儭?/p>

衰老過程中表觀基因組也會(huì)發(fā)生變化，多項(xiàng)研究將部分重編程與表觀遺傳改變關(guān)聯(lián)。例如盧、辛克萊團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜神經(jīng)重編程需要兩種能移除DNA甲基基團(tuán)、進(jìn)而調(diào)控基因活性的酶。今年2月發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究者對(duì)老年小鼠與類阿爾茨海默病小鼠體內(nèi)負(fù)責(zé)編碼存儲(chǔ)記憶的印跡細(xì)胞進(jìn)行部分重編程。結(jié)果小鼠不僅記憶力提升，疾病期間累積的異常表觀遺傳標(biāo)記也被重置為更正常狀態(tài)。“這表明這些細(xì)胞的表觀遺傳景觀至關(guān)重要?！比鹗柯迳Ｂ?lián)邦理工學(xué)院神經(jīng)表觀遺傳學(xué)家約翰內(nèi)斯·格拉夫（Johannes Gr?ff）說。

山中因子并非重置表觀基因組的唯一途徑，多個(gè)實(shí)驗(yàn)室正在探索替代方案。例如NewLimit與Shift Biosciences都在尋找能在不徹底重置細(xì)胞身份風(fēng)險(xiǎn)下實(shí)現(xiàn)重置的基因。格拉德舍夫?qū)嶒?yàn)室則用化學(xué)物質(zhì)重編程細(xì)胞。格拉德舍夫說，每種方法似乎都能讓細(xì)胞年輕化：“不止一條路，機(jī)制上整個(gè)過程尚未完全弄清。”

尋找安全的平衡點(diǎn)

迄今實(shí)驗(yàn)已明確一件事：不同細(xì)胞類型對(duì)部分重編程的反應(yīng)差異很大。德國美因茨非營利研究機(jī)構(gòu)TRON研究分子生物學(xué)與再生的約翰尼·金（Johnny Kim）說，一種專為心肌細(xì)胞設(shè)計(jì)的部分重編程療法，對(duì)部分周邊細(xì)胞可能強(qiáng)度過高，“足以讓它們癌變”。

這類案例表明，小鼠身上的全身重編程實(shí)驗(yàn)在人體中過于危險(xiǎn)。但研究者或許能將部分重編程蛋白精準(zhǔn)遞送至特定細(xì)胞，瞄準(zhǔn)那些對(duì)整體健康影響最大的細(xì)胞類型。西班牙塞維利亞大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家艾達(dá)·普拉特羅·盧恩戈（Aída Platero Luengo）希望讓大腦中名為星形膠質(zhì)細(xì)胞的星狀細(xì)胞重返年輕——這類細(xì)胞負(fù)責(zé)支持神經(jīng)元，衰老后更易引發(fā)炎癥。她說，讓它們恢復(fù)年輕狀態(tài)，可能惠及大腦其他細(xì)胞：“如果你能重置參與炎癥過程的細(xì)胞，或許就能保持環(huán)境足夠干凈，讓神經(jīng)元更好地工作?！?/p>

格拉德舍夫說，精準(zhǔn)鎖定這些關(guān)鍵細(xì)胞群，對(duì)靶向抗衰老至關(guān)重要。他的實(shí)驗(yàn)室將年輕小鼠的心臟、卵巢等器官移植到老年小鼠體內(nèi)，觀察對(duì)衰老的影響。盡管已有研究顯示，年輕與老年循環(huán)系統(tǒng)融合可讓老年小鼠年輕化，但格拉德舍夫的器官移植實(shí)驗(yàn)并未達(dá)到這一效果；相反，年輕器官在衰老環(huán)境中加速老化?！?strong>身體對(duì)器官的影響，遠(yuǎn)大于器官對(duì)身體的影響?！彼f。

談及部分重編程，他說：“我依然看好這個(gè)方向，因?yàn)闈摿薮?。我們需要研究它，但目前我認(rèn)為還沒有強(qiáng)有力證據(jù)證明它會(huì)有效。”

盧也認(rèn)識(shí)到部分重編程的復(fù)雜性，但他對(duì)未來保持樂觀。博士后期間，他繼續(xù)研究該方法，希望更深入理解細(xì)胞在發(fā)育時(shí)間軸上“回退”時(shí)內(nèi)部發(fā)生的變化。

當(dāng)年在顯微鏡室看到的那張圖像，如今裝裱在他的客廳里，旁邊是年幼兒子的素描。“職業(yè)生涯中，很少有發(fā)現(xiàn)能走向臨床、用于治療患者，”他說，“這種感覺讓人上癮。”