美科院院士发表延长人类端粒的新方法

最近，根据美国斯坦福大学医学院的科学家介绍，一种新的方法能够快速而有效地延长人类端粒的长度，端粒是染色体末端的保护帽，与衰老和疾病有关。这项研究结果发表在最近的《FASEB Journal》杂志。文章通讯作者是资深的干细胞研究专家、美国科学院院士Helen M. Blau。

　　

生物通报道：最近，根据美国斯坦福大学医学院的科学家介绍，一种新的方法能够快速而有效地延长人类端粒的长度，端粒是染色体末端的保护帽，与衰老和疾病有关。关于端粒与人类衰老之间的关系已经有很多研究报道，例如：科学家发现衰老细胞的开关；Genes Dev：影响衰老和疾病的新循环机制。

在这项研究中，经处理的细胞表现得比未处理的细胞更加年轻，在实验室培养皿中任意增殖，而不是停滞或死亡。

这项研究结果发表在最近的《FASEB Journal》杂志。文章通讯作者是资深的干细胞研究专家、美国科学院院士Helen M. Blau，多年来一直从事干细胞方面的研究，主要的研究兴趣在于干细胞分化过程的调控研究和细胞核基因重排研究。斯坦福大学博士后研究人员John Ramunas和休斯敦卫理公会研究所的Eduard Yakubov，是本文的共同第一作者。

这种程序使用一种改进型的RNA，将提高研究人员生产大量细胞用于研究或药物开发的能力。研究人员使用这种方法，延长皮肤细胞中的端粒长度，与未处理的细胞相比，这些细胞能够多分裂40倍以上。研究人员还指出了新的方法来治疗端粒缩短而引发的疾病。

端粒是染色体末端的保护帽，在年轻人中，端粒大约有8000到10000个核苷酸的长度。然而，端粒会随每次细胞分裂而缩短，当它们达到一个临界长度时，细胞就停止分裂或死亡。这种内部“时钟”使得实验室生长的大多数细胞很难超过几代。

“逆转内部时钟”
Helen Blau教授也是斯坦福大学微生物和免疫学教授、Baxter干细胞生物学实验室主任，她指出：“现在我们已经找到一种方法，能够使人类端粒延长多达1000个核苷酸，将这些细胞内的内部时钟逆转到相当于人类生命许多年的时间。这大大增加了用于药物检测或疾病模型研究的细胞数量。”

研究人员使用修改的信使RNA来延长端粒。RNA将来自DNA中基因的指令传递给细胞的蛋白质制造工厂。本实验所使用的RNA含有TERT的编码序列，TERT是一种天然酶（叫做端粒酶）的活性成分。端粒酶是由干细胞表达的——包括那些产生精子和卵细胞的干细胞，以确保这些细胞的端粒酶在下一代中保持最佳状态。然而，大多数其他类型的细胞，只表达很低水平的端粒酶。

瞬态效应的优势
新开发的技术具有优于其他潜在方法的一个重要优势：它是瞬时的。修改的RNA被设计用来降低细胞对治疗的免疫应答，并使得TERT编码信息比未修改的信息要长一点。但是，约48小时后，它消散、消失。在那之后，新延长的端粒开始伴随每次细胞分裂而再次逐步缩短。

瞬态效果有点像缓慢轻拍一个车队的油门踏板直到停止。具有额外能源的汽车将会比其他车辆行驶的更远，但是当它向前的动力耗尽的时候，它也会最终停下来。在生物学水平上，这意味着，被处理的细胞不能继续无限期地分裂下去，这会使得它们过于危险，因而这不能作为人类的治疗方法，因为有癌症风险。

研究人员发现，在几天时间内，修改的RNA的三个应用，可显著增加培养人肌肉细胞和皮肤细胞中的端粒长度。一个1000核苷酸的增加，意味着着端粒长度超过10%的增加。这些细胞在培养皿中可以比未处理的细胞分裂的次数更多。

Ramunas说：“我们感到吃惊和高兴的是，修改的TERT mRNA起作用了，因为TERT是高度调控的，必须结合到端粒酶的另一个组成部分。以前所用的传递mRNA编码TERT的方法，能引起对端粒酶的免疫反应，这可能是有害的。相反，我们的技术是免疫原性的。延长端粒现有的瞬态方法作用迟缓，而我们的方法能在短短几天时间内起作用，逆转端粒缩短，而这种缩短在正常衰老过程中则发生在十多年的时间内。这表明，利用我们这种方法的治疗可能是简单和罕见的。”

潜在的治疗用途
Blau说：“这种新方法为预防或治疗衰老相关疾病，铺平了道路。也使令人非常衰弱的端粒缩短相关遗传性疾病，受益于这样一种潜在的治疗方法。”

Blau和她的同事在之前的研究中对端粒产生了兴趣，他们在之前的研究中发现，杜氏肌营养不良症男孩的肌肉干细胞，与没有这种疾病的男孩相比，具有更短的端粒。这一发现不仅对于了解“细胞在制造新肌肉的过程中有何功能”有重要意义，而且还能帮助我们解释“为什么实验室中培养受影响细胞的能力有限”。

目前，研究人员正在其他类型的细胞中检测这种新技术。

本文共同作者John Cooke说：“这项研究是开发端粒延长以提高细胞疗法、治疗人类衰老疾病的第一步。”John Cooke以前是斯坦福大学心血管教授，目前是休斯敦卫理公会研究所心血管科学主任。

Blau教授表示：“我们正在努力了解更多关于细胞类型之间的差异，我们如果克服了这些差异，那么将能使这种方法具有更加普遍的应用。有一天，我们将能够靶定杜氏肌营养不良症患者的肌肉干细胞，例如延长它们的端粒。这对于治疗衰老相关疾病也有影响，例如糖尿病和心脏病。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Transient delivery of modified mRNA encoding TERT rapidly extends telomeres in human cells
Abstract：Telomere extension has been proposed as a means to improve cell culture and tissue engineering and to treat disease. However, telomere extension by nonviral, nonintegrating methods remains inefficient. Here we report that delivery of modified mRNA encoding TERT to human fibroblasts and myoblasts increases telomerase activity transiently (24–48 h) and rapidly extends telomeres, after which telomeres resume shortening. Three successive transfections over a 4 d period extended telomeres up to 0.9 kb in a cell type-specific manner in fibroblasts and myoblasts and conferred an additional 28 ± 1.5 and 3.4 ± 0.4 population doublings (PD), respectively. Proliferative capacity increased in a dose-dependent manner. The second and third transfections had less effect on proliferative capacity than the first, revealing a refractory period. However, the refractory period was transient as a later fourth transfection increased fibroblast proliferative capacity by an additional 15.2 ± 1.1 PD, similar to the first transfection. Overall, these treatments led to an increase in absolute cell number of more than 1012-fold. Notably, unlike immortalized cells, all treated cell populations eventually stopped increasing in number and expressed senescence markers to the same extent as untreated cells. This rapid method of extending telomeres and increasing cell proliferative capacity without risk of insertional mutagenesis should have broad utility in disease modeling, drug screening, and regenerative medicine.