《Ageing Research Reviews》：The epigenetic rejuvenation promise: Partial reprogramming as a therapeutic strategy for aging and disease
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本综述系统阐述了部分重编程这一前沿领域，指出通过短暂表达山中因子（OSKM）等策略可逆转表观遗传年龄（如DNA甲基化改变），对抗衰老标志并促进组织再生（如神经、肌肉），同时规避了完全重编程的致瘤风险。文章还探讨了其在新陈代谢、神经退行性疾病及口腔医学等领域的应用潜力，并前瞻性地分析了CRISPR、小分子药物等新兴技术带来的机遇与挑战。
1. 部分重编程的演进
细胞分化的可逆性概念最早由John Gurdon爵士在1962年通过非洲爪蟾体细胞核移植实验确立。2006年，山中伸弥团队通过过表达Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc（统称为OSKM或山中因子）将小鼠体细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSCs），实现了再生生物学的突破。iPSCs的生成涉及广泛的表观遗传重编程，但其可能保留来源细胞的表观遗传记忆。
直接重编程（或转分化）绕过多能状态，将一种体细胞直接转化为另一种，其优势包括时间更短（通常2-6周）和通过避免短暂的多能状态而降低致瘤风险。然而，其临床转化仍面临转换效率低、功能不成熟等挑战。
部分重编程的概念旨在解决一个关键难题：能否在不损害细胞身份的前提下实现细胞 revitalization？该概念提出通过短暂表达重编程因子，在 rejuvenation 开始前、完全去分化发生前中止过程。实验证据表明，仅诱导重编程9天即可实现衰老人成纤维细胞的表观遗传更新，恢复其异染色质蛋白1动力学的年轻模式，且不经过去分化状态。随后发展的体内部分重编程采用瞬时、循环激活方案，在保持分化完整性的同时延长寿命并减弱衰老指标。
2. 部分重编程的机制
部分重编程主要通过山中因子的瞬时表达介导，其关键在于精确的时间控制：短暂松开锁定细胞于衰老状态的表观遗传“刹车”，并在细胞身份被抹去、多能性出现的“不归点”之前中止过程。该过程可逆转多个组织的表观遗传年龄，并缓解多种衰老标志。
在分子层面，OSKM驱动的重编程初始步骤涉及体细胞基因的沉默，该过程由与多能性相关的OSK因子 orchestrate。染色质绝缘子CTCF在重编程初期作为体细胞基因表达程序的直接沉默子发挥作用。在转录后水平，YTHDF2和YTHDF3通过促进体细胞基因mRNA的降解对重编程至关重要。
重编程伴随着深刻的表观遗传重塑，包括DNA甲基化和组蛋白修饰。部分重编程可通过改变表观遗传时钟中与衰老和细胞身份相关的CpG位点的DNA甲基化来重置表观遗传年龄。这种重塑与胚胎发生过程中的生理性DNA甲基化动态类似。部分重编程期间的去甲基化由TET家族双加氧酶（尤其是TET3）介导，其氧化5mC以促进主动DNA去甲基化。
此外，山中因子的瞬时表达可显著减少间质漂移而不导致去分化。间质漂移是衰老和疾病相关的一种转录组转变，其特征是间质基因的普遍上调和基质细胞组成的改变。通过重置表观遗传景观和抑制漂移相关转录因子，部分重编程可恢复年轻的基因表达模式，重建细胞身份和功能。
3. 实验证据
体外和体内研究均证明了部分重编程在逆转衰老表型、增强组织修复和延长寿命方面的潜力，且无完全重编程相关的畸胎瘤形成风险增加。体外模型揭示了其分子机制包括有限的表观遗传重塑和部分上调发育与再生相关基因。
体内研究进一步阐明了其治疗潜力。短期循环表达重编程因子可改善生理参数、增强组织修复并延长早衰和损伤小鼠模型的寿命。具体而言，瞬时表达重编程因子可增强多个器官的再生和功能，包括胰腺、肝脏、肺、心脏、皮肤、肌肉和神经系统。在分子水平上，部分重编程可逆转DNA损伤、上调DNA修复通路并在加速衰老模型中重置表观遗传时钟。
然而，体内重编程并非没有挑战。关键障碍之一是免疫系统，特别是自然杀伤（NK）细胞能识别并清除处于中间重编程状态的细胞。此外，关于肌肉再生的研究结果存在争议，这可能反映了实验设计的差异。当前综述可能存在发表偏倚，即具有统计学显著性或阳性结果的研究更容易被发表。动态染色质重塑和相关的表观遗传变化使重编程景观复杂化，可能伴随炎症应激反应程序的调制。值得注意的是，在线虫模型中的研究表明，OSK介导的 rejuvenation 的效力可能具有物种特异性，挑战了其普遍性。
4. 潜在的生物医学应用
4.1. 从细胞 rejuvenation 到组织再生
部分重编程已在多种环境中逆转了年龄相关的细胞功能障碍。瞬时诱导山中因子可改善Hutchinson-Gilford早衰综合征小鼠的衰老样表型，并提高中年野生型小鼠的再生能力。钴胺素（维生素B12）补充可通过支持一碳代谢来改善部分重编程的效力。
在组织水平上，使用山中因子诱导的体内部分重编程应用已显示出显著的组织修复能力。与使用完整的OSKM组不同，探索最小化或修饰的组合可以解耦 rejuvenation 与致瘤风险。例如，Life Biosciences公司开发了一种使用三个山中因子（OSK，排除c-Myc）的部分表观遗传重编程平台。另一个独立的概念验证策略来自进化生物学：麻风分枝杆菌利用宿主肝细胞发育程序在犰狳肝脏中实现部分表观遗传重编程。相比之下，使用小分子（如RepSox/反苯环丙胺鸡尾酒法）化学诱导部分重编程则是一种更复杂的药理学干预，显示出系统性 rejuvenation 效果，但也揭示了剂量依赖的安全性担忧。
4.2. 神经退行性疾病
部分重编程已成为逆转年龄相关细胞改变、治疗神经退行性疾病的强大策略。临床前模型证明了其在改善病理、增强再生和恢复认知功能方面的显著潜力。
最直接的证据来自阿尔茨海默病（AD）模型。在5xFAD小鼠海马体中间歇性诱导OSKM可减少β-淀粉样蛋白斑块沉积，改善突触缺陷，并逆转与线粒体功能障碍相关的蛋白质组改变，这些分子和细胞恢复转化为认知衰退的预防。
除了AD特异性病理，部分重编程还能有效逆转大脑衰老的标志。单细胞转录组学显示，全身性、循环性OSKM表达增加了老年小鼠脑室下区（SVZ）神经源性生态位中神经母细胞的比例。功能恢复方面，在缺血性中风后，通过脑室内多西环素输注进行原位OSKM表达可 robustly 增强SVZ和纹状体的细胞增殖，并改善运动协调和平衡。在分子层面，间歇性部分重编程可逆转齿状回中与年龄相关的H3K9me3下降，并增加GluN2B亚基的表达，从而改善长期记忆。
4.3. 代谢和系统性疾病
部分重编程为治疗复杂的代谢和系统性疾病提供了治疗途径。代谢紊乱通常与表观遗传失调有关。部分重编程可通过恢复年轻的表观遗传模式来逆转这些变化。
胰岛素抵抗和β细胞功能障碍是2型糖尿病的核心。体内证据表明，受控的表观遗传重置可以改善与生理衰老相关的系统性代谢功能障碍。在Hutchinson-Gilford早衰综合征小鼠模型中循环诱导OSKM，可逆转系统性衰老的多个代谢标志物，而无畸胎瘤形成。
早期环境压力源可诱导表观遗传变化，使个体在晚年易患代谢紊乱。在关键发育窗口期应用部分重编程干预措施可能逆转这些变化并预防长期代谢功能障碍。
4.4. 口腔应用
研究表明，用氯化锂（LiCl）处理毛囊神经嵴细胞（hfNCCs）可增强其成牙分化潜能，此过程伴随分子变化，令人联想到部分重编程。最近的实验证明，在含脑源性神经营养因子和神经营养因子-3的确定无血清培养基中培养的人牙髓干细胞（hDPSCs）可经历部分重编程，向神经嵴干细胞样状态转变。
除了hDPSCs，其他牙源性干细胞群如牙周膜干细胞（PDLSCs）和脱落乳牙干细胞（SHEDs）也具有固有的部分重编程潜力。利用这种潜力可以减轻与完全重编程相关的风险，同时利用其先天再生能力用于牙周和牙齿再生应用。
4.5. 癌症生物学：双刃剑
部分重编程与癌症生物学以矛盾的方式相交。一方面，它提供了研究肿瘤可塑性、适应性和异质性的模型。另一方面，重编程策略本身具有推动恶性转化的固有风险。
异柠檬酸脱氢酶突变型胶质瘤 exemplifies 肿瘤细胞如何利用发育可塑性。类似 dynamics 在黑色素瘤中也被观察到。部分重编程相关的可塑性与治疗抵抗紧密相关。然而，重编程因子的致癌潜力不容忽视。研究表明，即使部分重编程也能激活有利于不受控生长和衰老逃避的程序。
许多恶性肿瘤主要由表观遗传改变而非基因突变驱动。修改癌细胞的表观遗传景观提供了逆转其致癌表型的可能性。鉴于其直接解决表观遗传失调的能力，在具备安全保障的前提下，部分重编程的潜在益处可能超过其固有风险。
5. 挑战与局限性
尽管具有 rejuvenation 潜力，部分重编程在临床转化中仍面临相当大的障碍。主要担忧是基因组不稳定性和致瘤风险。重编程的体细胞，尤其是来自老年个体的，即使不使用c-Myc也可能获得基因组改变。
除了肿瘤发生，与重编程相关的应激和炎症也阻碍其临床转化。单细胞转录组分析显示，即使恢复了神经母细胞比例和部分衰老特征，小胶质细胞、星形胶质细胞和其他生态位细胞中促炎通路也显著上调。这种炎症状态可能反映了对强效转录因子（如c-Myc）异位表达的应激反应。
部分重编程的结果高度依赖于环境，这使通用重编程方案的开发复杂化。准确评估部分重编程的成功也因缺乏标准化的生物标志物和评估方法而复杂化。此外，部分重编程必须应对复杂的伦理和监管环境。
6. 新兴技术与策略
为应对传统部分重编程的挑战，近期出现了几种创新方法。一种方法是利用内源性代谢重编程作为非遗传模式的部分重编程。通过立体定向注射向衰老海马体递送四种一碳代谢物（蛋氨酸、苏氨酸、腐胺、甘氨酸）的鸡尾酒法，可诱导部分重编程的多个标志，而无需借助外源性OSKM因子。
另一种转化策略是重新利用已临床批准的小分子药物。在小鼠模型中，腹腔注射VPA/ Li2CO3/LY2157299 或 VPA/ Li2CO3/曲尼司特鸡尾酒法可增强肝脏再生。这种策略的主要优势在于其依赖安全、老药新用的化合物，无需病毒载体或外源基因。
基于CRISPR的技术已被整合到重编程策略中以提高精确性和安全性。使用CRISPR激活方法来上调内源性多能性基因可以减少对外源因子表达的依赖。此外，CRISPR/Cas9已用于将重编程DNA插入基因组的“安全港”位点，如CASH-1。
将细胞重编程与CRISPR/Cas9基因组编辑相结合，能够创建患者特异性疾病模型并支持个性化疗法的发展。眼部的区室化解剖结构和低系统性癌症扩散风险使其成为初始体内研究的有利模型。
7. 未来方向与转化潜力
部分重编程的治疗前景正在迅速演变，新兴策略旨在克服当前限制并增强临床适用性。一个重要的焦点是优化重编程因子组合。研究表明，省略某些因子可以增强安全性和质量。此外，高通量发现平台正在识别新型、强效的 rejuvenation 因子。
为成功转化，递送策略必须确保精确的时空控制。mRNA的短半衰期已被用于因子的瞬时、可控表达。纳米颗粒和基于外泌体的递送系统的创新使得能够对难以转染的组织进行非侵入性、细胞类型特异性靶向。另一种有前景的方法是体外重编程，即在受控实验室环境中重编程患者细胞，在治疗使用前进行严格表征。
尽管临床前结果充满希望，但将部分重编程转化为临床应用仍具挑战性。然而，这一转变正在进行中。由Life Biosciences赞助的评估ER-100（一种基于OSK的表观遗传疗法）用于视神经病变的首个人体1期临床试验已经启动。未来的发展应侧重于推进整合的生物标志物策略，结合功能评估和分子测量来全面监测疗效和安全性。
部分重编程的未来依赖于整合新兴技术以提高精确性和安全性。人工智能和机器学习有助于破译表观遗传签名和优化因子递送。将非病毒递送与生物材料支架相结合允许空间可控的体内重编程。
美国FDA的再生医学先进疗法（RMAT） designation 旨在加速解决未满足医疗需求的再生医学产品的开发和审评。它为细胞和组织重编程疗法提供了一个加速开发和审评的框架。技术进步与适应性监管路径（如RMAT）相结合可能有助于加速重编程疗法向恢复组织功能的临床转化。
8. 与现有综述的比较
本综述建立并更新了早期关于细胞重编程和 rejuvenation 的标志性出版物。与早期综述相比，本综述提供了更综合、更新颖和以转化为导向的视角，反映了该领域的快速发展。它在理论框架、机制理解的深度、应用范围、技术创新以及转化和商业视角方面均有所推进和扩展。
9. 结论
部分重编程已成为改善年龄相关功能衰退和促进组织修复的变革性策略。通过重置表观遗传衰老签名和恢复年轻的基因表达模式，该方法在对抗细胞衰老、提高再生能力和延长多个器官系统的健康寿命方面显示出巨大潜力。部分重编程的未来将依赖于提高精确性和安全性的创新解决方案。将部分重编程与其他抗衰老模式（如端粒维持、衰老细胞清除和代谢优化）相结合，有望实现协同效益和全面 rejuvenation。虽然仍有大量工作有待完成以完全揭示重编程的分子复杂性及其长期影响，但当前的轨迹预示着部分重编程将从根本上重新定义退行性疾病的治疗和人类衰老的体验。
