《Nature Aging》靶向年龄相关 CpG 位点的表观遗传编辑：解锁衰老奥秘的新钥匙

《Nature Aging》：Epigenetic editing at individual age-associated CpGs affects the genome-wide epigenetic aging landscape

　　

一、研究背景：衰老背后的 “密码” 探寻

在生命的长河中，衰老如同不可阻挡的浪潮，影响着生物体的方方面面。随着年龄的增长，我们的身体会出现各种变化，而这些变化在细胞和分子层面有着深刻的印记。其中，基因组范围内的 DNA 甲基化（DNAm）变化与衰老密切相关，它们如同精密的 “时钟”，记录着生命的历程，这便是表观遗传时钟。

加速的表观遗传年龄与更高的全因死亡率相关，表明这些表观遗传特征反映的是生物年龄，而非单纯的 chronological age。然而，尽管年龄相关的 DNAm 变化作为衰老的预测指标已被较好地描述，但仍有诸多谜团待解。例如，这些表观遗传修饰在基因组中是如何协同调控的？它们又是否直接影响衰老进程呢？目前，重置表观遗传时钟的方法十分有限。细胞重编程为诱导多能干细胞虽能使细胞 “返老还童”，却会完全重置细胞的表观遗传和功能特征；部分重编程能否在维持细胞特性的同时稳定干扰表观遗传时钟，也尚未明确。在此背景下，研究人员开展了一项意义重大的研究，试图揭开这些谜团，该研究成果发表在《Nature Aging》杂志上。

二、研究方法：探秘衰老机制的 “利器”

为了深入探究年龄相关的 DNAm 变化及其对衰老的影响，来自德国亚琛工业大学医学院等机构的研究人员采用了多种关键技术。他们运用 CRISPR - 引导的表观遗传编辑技术，精准地对特定的年龄相关 CpG 位点进行修饰。通过分析不同细胞系（如 HEK293T 细胞、人原代 T 细胞和间充质基质细胞（MSCs））的 DNA 甲基化谱，研究编辑后的变化。同时，利用 4C 测序技术，研究染色质的相互作用，以揭示表观遗传变化的潜在机制。此外，还进行了转录组分析，探索 DNAm 变化与基因表达之间的关系。研究中使用的样本包括来自血液捐赠者的人原代 T 细胞和来自骨科手术患者骨髓样本的 MSCs。

三、研究结果：打开衰老奥秘的 “大门”

1. CRISPR 引导的表观遗传编辑的特性：研究人员最初选择在磷酸二酯酶 4C（PDE4C）基因的一个区域进行 DNAm 修饰，该区域的甲基化与年龄高度相关。实验结果显示，无论是使用 dCAS9 - DNMT3A 还是 CRISPRoff 进行编辑，都能显著增加目标区域的 DNAm 水平，且这种甲基化的增加在至少 100 天内保持稳定。不过，对邻近 CpG 位点的修饰并不一致，这表明表观遗传编辑在目标区域内并非均匀发生。

2. 表观遗传编辑引发的基因组范围的旁观者效应：在观察到目标位点 DNAm 增加的同时，研究人员还发现了许多脱靶效应。这些效应在不同的实验复制品中高度可重复，且在其他年龄相关区域显著富集。通过分析，发现旁观者效应与预测的 CRISPR 介导的脱靶位点无关，而是与开放染色质区域相关。这意味着这些效应可能并非传统意义上的脱靶，而是受控的表观遗传变化。

3. 染色质相互作用对旁观者效应的影响：进一步研究发现，年龄相关的 DNAm 变化与染色质可及性有关。年龄低甲基化的 CpG 位点与封闭染色质相关，而年龄高甲基化的 CpG 位点倾向于具有更高的染色质可及性。4C 测序结果表明，至少部分旁观者修饰可归因于染色质的相互作用，这揭示了染色质在表观遗传调控中的重要作用。

4. 多重表观遗传编辑对衰老网络的影响：研究人员对多个年龄相关的 CpG 位点进行多重靶向编辑，发现针对年龄高甲基化区域的编辑在某些细胞系（如 HEK293T 细胞）中能导致 DNAm 的增加，但位点特异性的 DNAm 增加不如预期明显，且旁观者修饰未达到统计学意义。在人原代 T 细胞中，对年龄高甲基化位点的编辑能诱导特异性 DNAm 变化，且旁观者修饰在年龄相关的 CpG 位点富集，导致表观遗传年龄加速；而对年龄低甲基化位点的编辑效果则不太稳定。

5. 在不同细胞类型中的验证：在间充质基质细胞（MSCs）中，对年龄高甲基化区域的表观遗传编辑同样导致了 DNAm 的增加，且旁观者修饰在年龄相关的 CpG 位点富集。这进一步验证了在不同细胞类型中，表观遗传编辑对年龄相关 CpG 位点的影响具有一致性。

四、研究结论与讨论：开启衰老研究的新篇章

本研究表明，靶向表观遗传编辑不仅揭示了目标位点特异性 DNAm 模式的相关性，还为阐明基因组范围内表观遗传相互作用的机制提供了新的视角。研究发现，表观遗传编辑在年龄高甲基化的基因组区域尤为稳定，这可能解释了为什么这些区域的 DNAm 会随着年龄的增长而持续改变。同时，研究中观察到的旁观者修饰现象，表明表观遗传变化可能通过一个复杂的网络进行调控，而不仅仅是由单个位点的修饰决定。

尽管目前通过编辑来定向调控表观遗传衰老似乎还不可行，但对潜在网络的深入理解可能最终有助于实现这一目标。此外，研究结果还提示，其他在发育和疾病过程中发生的表观遗传过程，可能也受到类似的交互表观遗传动态的影响。总的来说，该研究为未来控制表观遗传衰老奠定了基础，也为我们理解衰老的分子机制提供了重要的线索，有望推动衰老相关疾病的研究和治疗取得新的突破。