延长寿命30%，这位科学家最终找到“长生不老药”了吗？

屏幕上的黑色大鼠趴着缩成一团，除了眨眼外一动不动。它才三个月大，但是它的器官正在衰竭，看起来离死亡只有几天了。因为它患有早衰症，这是一种由基因突变引起的加速衰老的疾病。

我在Juan Carlos Izpisúa Belmonte的实验室里，他是西班牙人，在San Diego’s Salk生物研究所的基因表达实验室工作。接下来，他向我展示了令人难以置信的现象。这只衰老的老鼠，在接受年龄逆转药物的治疗后，变得活泼而富有生命力。“它完全恢复了活力（返老还童）。”Izpisúa Belmonte调皮地笑着告诉我，“很明显，你可以看到这只老鼠体内，所有的器官，所有的细胞都变的更年轻。”

Izpisúa Belmonte，这位精明而温和的科学家，拥有一种不可思议的力量，他似乎给老鼠喝下了能恢复青春的药水，他能使年老将死的动物重获年轻，他能使时间倒流。但他在让我大吃一惊的同时，也让我扫兴。用在小鼠身上的这种恢复活力的方法疗效过于猛烈，以至于在三、四天后，小鼠们有的死于细胞功能障碍，有的患上了导致它们后来死亡的肿瘤。你可以说，这是一种临死前的回光返照。

研究人员用在老鼠身上的强大工具叫做“重编程”。这是一种重置身体的所谓的表观遗传标记的方法。表观遗传标记是细胞内的“化学开关”，它决定哪些基因表达，也决定哪些基因沉寂。消除这些表观遗传标记，可以使细胞忘记它原本是皮肤细胞还是骨细胞，并恢复到一个更原始的胚胎状态。这项技术经常在实验室用于制造干细胞。但是，作为科学家的先锋，Izpisúa Belmonte希望将重编辑技术应用于所有动物物种，如果他们能够精确地控制这种程序，还可以应用于人体。

图1：Juan Carlos Izpisúa Belmonte在圣地亚哥索尔克生物研究所基因表达实验室

图2：用于研究组织的，带有染色溶液的罐子

Izpisúa Belmonte治疗老鼠的方法，是基于日本干细胞科学家Shinya Yamanaka获得诺贝尔奖的一项发现。从2006年开始，Yamanaka展示了一个现象——在人类成年细胞中仅仅添加四种蛋白质，就可以对它们进行重新编程，使它们的外观和行为像新形成的胚胎一样。这些被称为Yamanaka因子的蛋白质通过清除细胞的表观遗传标记来发挥作用，给了细胞一个新的开始。

Izpisúa Belmonte说：“它回到了过去。”所有的甲基化标记，即那些表观遗传开关，“都被抹去了，”他补充说，“然后你又开始生活了。”科学家们发现，即使是百岁老人的皮肤细胞，也可以重新恢复到原始的年轻状态。这些被人为重新编程的细胞被称为诱导多能干细胞或者IPSCs。就像胚胎中的干细胞一样，如果给予正确的化学信号，它们可以变成任何一种体细胞——皮肤、骨骼、肌肉等等。 

对于很多科学家来说, Yamanaka的这一发现主要在制造新型移植治疗的替代组织时，成为一种有前途的方法。在日本，研究人员开始对一名80多岁的日本妇女的细胞进行重新编程，这名妇女患有致盲的疾病——黄斑变性。科学家们提取了她的细胞样本，用Yamanaka因子将它们恢复到胚胎状态，然后诱导它们变成视网膜细胞。2014年，这名妇女成为第一个接受这种实验室制造的组织移植的人。她的视力尽管没有因此变得更敏锐，但是她的检查报告确实显示视线变得“更明亮”，视力也不再恶化。

不过，在此之前，西班牙国家癌症研究中心的研究人员在研究那些基因组中含有额外拷贝的Yamanaka因子的老鼠时，就已经把这项技术推向了一个新的方向。通过进行这些研究，他们证明细胞重新编程不仅仅发生在实验室的培养皿中，实际上也可以发生在成年动物体内。

实验提出了一种全新的医学形式。你可以恢复一个人全身的活力，但这也凸显了其中的危险。索尔克研究所的研究员Pradeep Reddy和 Izpisúa Belmonte一同进行了这些实验。Reddy说，清除过多的甲基化标记和表观基因组的其他印记，“你的细胞基本上就失去了它们的特性。”“你在抹去他们的记忆。”这些空白的细胞可以长成一个成熟的功能性细胞，也可以长成一个永远无法完成指定任务的细胞，它也可能变成癌细胞。

这就是为什么我在Izpisúa Belmonte的实验室里看到的老鼠很容易长出肿瘤。这证明细胞重新编程确实发生在他们的体内，但结果通常是致命的。

图3：来自 Izpisúa Belmonte实验室的笔记本和空离心管

Izpisúa Belmonte认为或许有一种方法可以给老鼠进行用药计量更小的重新编程。他受到蝾螈的启发，蝾螈可以重新长出断掉的胳膊或尾巴。研究人员还没有确定两栖动物是如何做到这一点的，但有一种理论认为，这是通过表观遗传重置的过程发生的，类似于Yamanaka因子的作用，尽管蝾螈的恢复范围更有限。Izpisúa Belmonte说，蝾螈的细胞“只是恢复了一点”。

同样的事情会发生在整个动物身上吗?它能被充分恢复活力吗?

在2016年，Izpisúa Belmonte的研究小组设计了一种方法，可以恢复患有早衰症的小鼠身上的部分细胞。他们对小鼠进行基因改造，使其体内产生Yamanaka因子，就像西班牙研究人员所做的那样。但这一次，只有在给予抗生素多西环素的情况下，小鼠才会产生这些因子。

在Izpisúa Belmonte的实验室里，一些小鼠连续饮用含有多西环素的水。在另一项实验（对照试验）中，每只老鼠每7天只喝两天含有多西环素的水。“当你给它们注射多西环素时，基因就开始表达了。”Reddy解释说，“一旦移除多西环素，基因的表达就会停止。你可以很容易地控制基因的表达和沉寂。”

喝了含多西环素的水最多的老鼠，比如Izpisúa Belmonte给我看的那只，很快就死了。但是，饮用有限剂量水的老鼠没有发生肿瘤。相反，他们变得更加强壮，他们的肾脏和脾脏运转得更好，心脏跳动得更加有力。  

总的来说，接受治疗的老鼠的寿命也比它们同窝出生的小鼠长30%。“这就是好处，”Izpisúa Belmonte说,“我们不会杀死老鼠，也不会导致肿瘤的产生，但我们能实现寿命的延长。”

图4：Izpisúa Belmonte在工作

当Izpisúa Belmonte在《Cell》上发表了他的报告，描述了这些恢复了活力的老鼠时，一些人觉得Ponce de Leon终于发现了青春之泉。AgeX首席执行官Michael West正在追求类似的衰老逆转技术，他表示：“我认为，Izpisúa Belmonte的论文点醒了很多人。”“突然间，衰老研究领域的所有领导者都说，‘哦，天哪，这可能对人体有效。’”

在西方，这项技术为人类提供了希望，就像蝾螈一样，人类可以再生组织或受损的器官。“当我们个体刚形成的时候也有这种能力。”他说，“所以如果我们能重新唤醒这些途径……哇!”

然而，对其他人来说，能实现返老还童的证据显然还处于萌芽阶段。纽约爱因斯坦医学院遗传学系主任Jan Vijg说，衰老是由“数百个不同的过程”组成的，所以简单的解决方案是不可能实现的。他认为，从理论上讲，科学可以“创造出强大到可以凌驾于其他所有过程之上的过程。”但他补充说，“我们现在还不知道。”

一个更广泛的疑问是，Izpisúa Belmonte在他的实验室里正在逆转的表观遗传变化，究竟是衰老的真正原因，还是仅仅是衰老的一种迹象——相当于老化皮肤上的皱纹。如果只是一种迹象的话，Izpisúa Belmonte的治疗可能就像抚平皱纹一样，纯粹起到一种美容效果。爱因斯坦的另一位教授John Greally说:“我们没有办法知道，也确实没有证据表明DNA甲基化导致这些细胞衰老。”这意味着，“如果我改变那些DNA甲基化，我就可以改变衰老的程度，”他说，“这种观点里充满危险。”

Izpisúa Belmonte研究结果呈现了另一个基本问题：虽然他成功地恢复了患有早衰症的老鼠的活力，但他还没有在自然衰老的动物身上做到这一点。斯坦福干细胞生物学和再生医学研究所助理教授Vittorio Sebastiano表示，早衰症是一种由单个DNA突变引起的疾病，而自然衰老要复杂得多。这种恢复活力的技术在自然衰老的动物和人类细胞中有效吗?他说，到目前为止，Izpisúa Belmonte的研究还没有回答这个关键问题。

Izpisúa Belmonte的团队正在努力回答这个问题。恢复正常小鼠活力的实验正在进行中。但是因为正常的老鼠可以活两年半，而早衰症的老鼠只能活三个月，所以收集正常老鼠的证据需要更长的时间。“如果我们必须修改任一实验条件，”雷迪说，“那么我们不得不重复整个循环。” 

因此，即使返老还童真的会实现，大规模的实现依旧还很遥远。但是，针对某些衰老疾病的更有限的版本，可能在几年内就会问世。

如果Yamanaka因子是一把猎枪，这把猎枪可以清除所有与衰老相关的表观遗传标记，那么索尔克研究所和其他实验室目前正在开发的技术更像是狙击步枪。其目标是让研究人员能够阻止导致某种疾病的特定基因的表达，或者激活另一种能够缓解疾病的基因。

图5：Izpisúa Belmonte在索尔克研究所的实验室

廖新凯和Fumiyuki Hatanaka在Izpisua Belmonte的实验室里花了四年时间，改造了著名的DNA“编辑”系统CRISPR-Cas9，使其成为一个控制旋钮。最初的CRISPR可以让研究人员消除不需要的基因，而经过改造的工具可以让他们保持基因遗传密码不变，但可以决定一个基因是表达还是沉寂。

该实验室已经在患有肌营养不良的老鼠身上测试了这种工具，这种老鼠缺乏维持肌肉的关键基因。利用表观基因组编辑器，研究人员增加了另一种可以发挥替代作用的基因的产量。他们治疗的老鼠在握力测试中表现得更好，廖回忆说，它们的肌肉“变得更大了。”

对特定疾病的致病基因进行重新编辑的这类研究的另一个成果来自索尔克校区之外的加州大学欧文分校。研究人员Marcelo Wood声称，在一项涉及移动物体的测试中，激活年迈老鼠的单个基因可以提高它们的记忆力。Wood说：“我们恢复了这些动物的长期记忆功能。他在《自然通讯》上发表了这个结果。他又说，当一个表观遗传块被移除后，“记忆的基因——它们都在燃烧。现在，这种动物能完美地将这些信息直接编码到长期记忆中。”

同样，杜克大学的研究人员已经开发了一种表观遗传编辑技术(尚未在动物身上进行测试)来降低帕金森病相关基因的表达量。杜克大学的另一个研究小组通过关闭调节胆固醇的基因，降低了老鼠体内胆固醇的水平。Izpisúa Belmonte的实验室本身，除了对肌肉营养不良的实验之外，在逆转糖尿病、肾病和骨软骨丧失的症状的研究上，都使用了类似的方法。

在未来几年内，很可能实现表观基因组编辑技术的首次人体测试。AgeX和Turn Biotechnologies是两家追求这项技术的公司，后者是斯坦福大学的Sebastiano联合创办的初创公司。AgeX的首席执行长West表示，AgeX正着眼于心脏组织，而Sebastiano表示，Turn将首先寻求监管机构的批准，以测试骨关节炎和与衰老相关的肌肉萎缩的治疗方法。

与此同时，由索尔克公司前研究员Ilir Dubova创办的生物技术公司GenuCure正在为了实现软骨再生的想法而集资。该公司有一种“鸡尾酒”，Dubova说，它将被注射到患有骨关节炎的人的膝盖内，也许一年注射一两次。这样的治疗可以取代昂贵的膝关节置换手术。

“多亏了我们的巫术，在注射后，由于衰老而沉默的基因会被激活并开始组织的再生过程。”Dubova说，“我认为倒拨时钟是一种恰当的解释方式。”