“這只是一個(gè)開(kāi)始。未來(lái)可以根據所需的干細胞類(lèi)型，設計特定藥水，有目的性誘導出各種干細胞?！?/p>

　　用“魔法藥水”為細胞“洗澡”兩次，就可將體細胞變成干細胞，實(shí)現多種體細胞類(lèi)型的“返老還童”。這種聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)里的情節，現已在實(shí)驗室成功實(shí)現。國際干細胞權威雜志《細胞·干細胞》近日在線(xiàn)發(fā)表了由中科院廣州生物醫藥與健康研究院裴端卿研究員領(lǐng)銜團隊的此項科研成果。

　　無(wú)需病毒載體 干細胞制備有了安全法寶

　　誘導多能干細胞“年輕力壯”，再生和分化能力非常強，若技術(shù)發(fā)展成熟，能用于再生新的組織和器官，為疾病治療和再生醫學(xué)提供“種子”細胞來(lái)源，前景無(wú)限。

　　如何將已經(jīng)分化的成體細胞誘導到多能干細胞狀態(tài)，全球科學(xué)家們都在探索。

　　2012年諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎得主山中伸彌是誘導多能干細胞技術(shù)創(chuàng )始人之一。2007年，他的研究團隊通過(guò)病毒載體將四個(gè)基因導入小鼠成纖維細胞，進(jìn)而使之轉變?yōu)榕咛ジ杉毎?，此方法誘導出的干細胞可轉變?yōu)樾呐K和神經(jīng)細胞，被稱(chēng)為“山中伸彌方法”，導入的四個(gè)基因被稱(chēng)為“山中伸彌因子”。此研究成果免除了使用人體胚胎提取干細胞的倫理道德制約，得以在全世界廣泛應用。

　　2008年，裴端卿發(fā)表了一篇評論文章，指出該方法的不足之處?！按耸抢貌《据d體進(jìn)行基因運送，具有潛在的致癌隱患，對以后臨床應用有較大風(fēng)險?！?/p>

　　他大膽提出設想，能否用小分子來(lái)替代4個(gè)基因，并發(fā)明一種“藥水”，把細胞“泡一泡”，實(shí)現干細胞的“返老還童”呢?

　　2011年12月，他和團隊發(fā)現了維生素C能夠促進(jìn)體細胞“變身”為誘導多能干細胞，之后，成功用維生素C替換掉毒性最大的一個(gè)因子。

　　這一次，裴端卿團隊開(kāi)發(fā)出用化學(xué)小分子誘導多能干細胞的方法，即化合物誘導干細胞多能性，突破了之前方法步驟多、時(shí)間長(cháng)、效率低、機理不清楚等實(shí)驗缺陷。

　　因沒(méi)有引入外源基因，更簡(jiǎn)單、高效，所需的初始細胞量少，誘導過(guò)程條件均勻、標準化，新研究將為干細胞應用提供安全高效的制備方法，也為開(kāi)辟藥物誘導細胞命運轉變提供了新方向。

　　全新誘導機制 “洗澡”兩次細胞即可“變身”

　　“此技術(shù)有兩大創(chuàng )新：一是‘藥水’所有成分確定，各個(gè)藥物所發(fā)揮的作用清晰明了;二是操作簡(jiǎn)單，培育細胞過(guò)程中無(wú)需分盤(pán)?！?論文另一通訊作者劉晶研究員說(shuō)。

　　該方法的研究之門(mén)并非一推就開(kāi)。用“魔法藥水”為細胞“洗澡”過(guò)程中，需要依次使用兩種不同的“化合物雞尾酒”(即幾種化合物混合調配所得的液體)分兩階段“泡”細胞。第一階段用第一種浸泡約16—24天，第二階段用第二種浸泡約10—15天。前者將體細胞命運狀態(tài)“解鎖”，后者將細胞命運驅動(dòng)到多能干細胞狀態(tài)。

　　“化合物雞尾酒”成分的篩選十分關(guān)鍵。2011年，團隊研發(fā)出一個(gè)成分完全確定的培養體系iCD1，可以非常高效地支持四因子或三因子(山中伸彌因子)誘導多能干細胞。以此為基礎，團隊經(jīng)過(guò)小規模的藥物篩選，成功替代了兩個(gè)山中伸彌因子，實(shí)現了單個(gè)山中伸彌因子誘導多能干細胞的技術(shù)突破。后續實(shí)驗室以及國內同行均對如何替代最后一個(gè)山中伸彌因子展開(kāi)了大量的研究，并對幾千種藥物進(jìn)行了篩選。

　　劉晶回憶道：“篩選過(guò)程沒(méi)有機制可循，不知道哪一個(gè)有用，這是最為頭疼的?！彼麄兘Y合前期的研究基礎，不斷反復實(shí)驗，同時(shí)借鑒國內外同行的研究成果，最終優(yōu)化了一套能簡(jiǎn)單高效誘導多能干細胞的“魔法藥水”。

　　研究還收獲了一個(gè)意外驚喜，連在體外極難培養的肝細胞，結果也被成功誘導成多能干細胞。

　　他們還解釋了一個(gè)關(guān)鍵小分子Brdu誘導多能干細胞的作用機制?！八且粋€(gè)簡(jiǎn)單的核苷類(lèi)似物，可以直接作用DNA結構本身來(lái)調節染色質(zhì)密碼狀態(tài)?！眻F隊成員發(fā)現Brdu可以直接整合入DNA，重塑染色質(zhì)結構，進(jìn)而改變了細胞的基因表達。這一全新的機制為開(kāi)發(fā)更加高效、簡(jiǎn)單地用于細胞“返老還童”的小分子提供了突破口，且極大提高了誘導的效率，使化學(xué)誘導有望成為誘導多能干細胞的常規方法。

　　發(fā)現重要細節 找到改變細胞命運的“密碼”機理

　　“魔法藥水”是如何將成體細胞誘導到胚胎發(fā)育早期的多能干細胞狀態(tài)的?細胞浸泡過(guò)程中，團隊發(fā)現了一個(gè)極為重要的細節：細胞核的染色質(zhì)處于打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)，這意味著(zhù)細胞命運受到細胞核內部的“信息中樞”染色質(zhì)的狀態(tài)控制。

　　劉晶介紹說(shuō)，染色質(zhì)猶如一根呈波浪形、串珠狀的繩子。染色質(zhì)的開(kāi)放與關(guān)閉的組合狀態(tài)總和，決定了細胞的命運。這種情況猶如計算機二進(jìn)制的“密碼串”，將細胞“鎖”在了特定狀態(tài)。

　　團隊進(jìn)一步發(fā)現，在成體細胞的開(kāi)放染色質(zhì)位點(diǎn)周?chē)?，有AP—1及ETS等轉錄因子家族成員看守著(zhù);在胚胎干細胞中，則有OCT、SOX和KLF等轉錄因子家族成員看守。細胞的“返老還童”就是成體細胞特異的染色質(zhì)由開(kāi)放到關(guān)閉，而干細胞特異的染色質(zhì)則由關(guān)閉到開(kāi)放的更替過(guò)程。

　　這讓團隊十分興奮，他們不僅找到“化合物雞尾酒”的“開(kāi)關(guān)”來(lái)調節細胞染色質(zhì)“密碼串”上的密碼狀態(tài)，更重要的是，還找到了改變細胞命運的“密碼”機理。在此之前，全球對干細胞研究均缺乏理論支撐，研究有點(diǎn)像在“碰運氣”。

　　“整個(gè)基因組里面大概有15萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)在經(jīng)歷開(kāi)、關(guān)，我們把整個(gè)過(guò)程清楚描述出來(lái)，通過(guò)現象揭示本質(zhì)?！迸岫饲湔J為，“如果沒(méi)有理論指導，很多干細胞的研究成果會(huì )被浪費掉?，F在機理清楚了，意味著(zhù)研究正慢慢走向理性化?！?/p>

　　“未來(lái)可以根據所需的干細胞類(lèi)型，設計特定藥水，有目的性誘導出各種干細胞?！迸岫饲湔f(shuō)，“這只是一個(gè)開(kāi)始，后續還有很多機理探索。我們現正在進(jìn)一步研究，大幅度縮短細胞‘浸泡’時(shí)間，提高效率?！?/p>

　　中科院上海藥物研究所研究員、國家新藥篩選中心副主任謝欣表示，這一機制可以指導科學(xué)家有目標地設計化合物小分子來(lái)改變染色質(zhì)結構，從而更加優(yōu)化化學(xué)誘導重編程體系?！爸袊茖W(xué)家在化合物誘導多能干細胞的領(lǐng)域上互為補位，使我國在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位?！?/p>