用成熟体细胞制备干细胞迈出一大步
2009-10-27 08:44:01   来源：丁香园   作者：  评论：0 点击：

每日科学（2009年10月19日）—由美国斯克利普斯研究所的科学家领导的团队最近发明了一种新方法，能极大地提升从人类成体组织制备干细胞的效率而不使用胚胎干细胞。该研究在应对干细胞医学发展的实际挑战方面迈出了重大的一步。
该研究成果已提前发表在2009年10月18日的在线版Nature Methods杂志上。
该项新技术使用3种小的类似药物的化学物，使成体细胞转化为干细胞的有效率比传统方法提高了200倍，速度快了2倍（转化得到的细胞被称作“诱导多能干细胞”或“iPS细胞”）。
“在速度和成功率上，相比传统方法我们都取得了重大的进步，”来自斯克利普斯研究所的Sheng Ding副教授说，他同时也是该项目组的领导者。“这是第一例人类细胞编码速度能被提升的实验。我相信其在这个领域中会被迅速得到应用，从而极大地推动iPS细胞的研究。”
在其明显的应用优势之外，这项技术的发展也加深了人们对成体细胞向干细胞转化的生物学理解。

应对主要挑战
对于大多数这一领域的研究者而言，最大的希望是有朝一日能使用干细胞—具备分化成多种不同细胞的能力，如神经，心脏，肺脏细胞—去修复各种疾病所造成的组织损伤，从1型糖尿病到帕金森氏病，以及外伤等。iPS细胞的出现跨过了胚胎干细胞所遇到的论理学限制，并且其传代细胞能契合病人本身的免疫系统，从而避免了组织排异的问题。
人类iPS细胞最初在2007年11月分别由位于日本和美国威斯康辛的2所实验室首先发现。在他们的处理过程中，都使用病毒为载体将4种基因（如c-Myc，Oct4，Sox2，Klf4）的多拷贝导入皮肤细胞的基因组。这4个基因编码出转录因子来启动和关闭其他一些基因，促使细胞“去分化”为干细胞。
尽管该发现是一个巨大的突破，但是在iPS细胞应用于实际的疾病治疗之前仍然留下了2个主要的问题。其一是安全性的问题，因为该技术是基于具有潜在伤害性的基因操作，并且引入了2个致癌基因（c-Myc and Oct4）。其二是iPS细胞处理的时间长度和效率问题，其制备成功率粗略为1/10000且需4个星期的时间。
Ding和同事们实际上已解决了第一个关于基因操作可靠性的问题，其成果发表在今年早些时候的《细胞：干细胞》杂志上（2009年，5月8日，第4册，第5篇）。文章中研究者阐述了他们使用纯化蛋白质使成体细胞转化为很原始的胚胎样细胞，从而避免了插入基因的问题。
在现在的这篇文章中，该团队在解决第二个效率性的问题上跨出了关键的一步。

对生物学自然行为的关注
在寻求改进方法的过程中，Ding得益于其对生物学知识的精通。他认为应该从已自然存在的细胞生物学行为入手，特别是在一类称为成体纤维母细胞的细胞中，其具有产生结缔组织的能力。
该自然存在的生物学行为—被称为MET（间充质向上皮细胞的转化）—使纤维母细胞与干细胞状态更为接近。Ding设想如果能操作这一促进MET和干细胞生成的基本过程，那么这样一种方法将会既安全，又比那些强制涉及到的其他生物学技术（如涉及到癌症）更直接。
“人们研究这一机制已经10-20年了，”Ding说。“这是一个基本的机制。”
Ding和同事们尝试了很多类似药物的分子，寻找能阻断TGFb（转化生长因子β）和MEK（丝裂原活化蛋白）通路的物质，而TGFb和MEK则已知能参与MET过程。研究者们识别最具活性的化合物，然后单独或联合应用于干细胞的转化并观察其效果。
研究者发现了2种化学物—ALK5抑制因子SB43142和MEK抑制因子PD0325901—联合使用时能高度有效地促进纤维母细胞向干细胞的转化。
“该方法是第一次应用于人类细胞的涉及到特定机制的重编码过程，”Ding说。
并且这种联用2种化学物的技术使经典基因技术的有效率提高了100倍。

高效，快速，安全
然而研究者们认为他们应该可以做得更好。
为了进一步提高该生物学过程的效率，该团队决定在另一自然通路上着手—细胞存活通路。在筛选过大量针对该通路的化合物后，他们将目光聚焦在一种全新的称为Thiazovivin的化合物上。
研究者发现当将Thiazovivin和之前所选择的SB43142和PD0325901联合使用时，经典方法的有效率被提高了200倍。
另外，相比经典法需要的4周时间，新方法只需2周。
除了在速度和效率上具有巨大的优点，Ding强调新方法在安全性上也是让人充满信心的。他说不仅仅因为该方法是基于自然的生物学进程，更因为所使用的分子都是在人体测试过的。
作为对Ding工作的补充，文章名为“一个致力于改进诱导人类iPS细胞的化学平台”已由斯克利普斯研究所的Tongxiang Lin（第一作者），Rajesh Ambasudhan,，Xu Yuan1，Wenlin Li，Simon Hilcove，Ramzey Abujarour，Xiangyi Lin和Heung Sik Hahm，加州大学圣迭戈分校Whittier糖尿病研究所的Ergeng Hao 和Alberto Hayek完成。
该项目是由国立卫生及重大疾病治疗研究院支持的。