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裴端卿團(tuán)隊(duì)找到用體細(xì)胞制備干細(xì)胞的“魔法藥水”。

裴端卿研究員與同事在實(shí)驗(yàn)室（圖片由受訪者提供）
　　“這只是一個(gè)開始。未來可以根據(jù)所需的干細(xì)胞類型，設(shè)計(jì)特定藥水，有目的性誘導(dǎo)出各種干細(xì)胞?！?br/>　　用“魔法藥水”為細(xì)胞“洗澡”兩次，就可將體細(xì)胞變成干細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)多種體細(xì)胞類型的“返老還童”。這種聽起來像是科幻小說里的情節(jié)，現(xiàn)已在實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)。國際干細(xì)胞權(quán)威雜志《細(xì)胞·干細(xì)胞》近日在線發(fā)表了由中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿研究員領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)科研成果。
　　無需病毒載體 干細(xì)胞制備有了安全法寶
　　誘導(dǎo)多能干細(xì)胞“年輕力壯”，再生和分化能力非常強(qiáng)，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(yī)學(xué)提供“種子”細(xì)胞來源，前景無限。
　　如何將已經(jīng)分化的成體細(xì)胞誘導(dǎo)到多能干細(xì)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(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主山中伸彌是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)創(chuàng)始人之一。2007年，他的研究團(tuán)隊(duì)通過病毒載體將四個(gè)基因?qū)胄∈蟪衫w維細(xì)胞，進(jìn)而使之轉(zhuǎn)變?yōu)榕咛ジ杉?xì)胞，此方法誘導(dǎo)出的干細(xì)胞可轉(zhuǎn)變?yōu)樾呐K和神經(jīng)細(xì)胞，被稱為“山中伸彌方法”，導(dǎo)入的四個(gè)基因被稱為“山中伸彌因子”。此研究成果免除了使用人體胚胎提取干細(xì)胞的倫理道德制約，得以在全世界廣泛應(yīng)用。
　　2008年，裴端卿發(fā)表了一篇評(píng)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(yùn)送，具有潛在的致癌隱患，對(duì)以后臨床應(yīng)用有較大風(fēng)險(xiǎn)?！?br/>　　他大膽提出設(shè)想，能否用小分子來替代4個(gè)基因，并發(fā)明一種“藥水”，把細(xì)胞“泡一泡”，實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞的“返老還童”呢？
　　2011年12月，他和團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了維生素C能夠促進(jìn)體細(xì)胞“變身”為誘導(dǎo)多能干細(xì)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(tuán)隊(duì)開發(fā)出用化學(xué)小分子誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的方法，即化合物誘導(dǎo)干細(xì)胞多能性，突破了之前方法步驟多、時(shí)間長、效率低、機(jī)理不清楚等實(shí)驗(yàn)缺陷。
　　因沒有引入外源基因，更簡單、高效，所需的初始細(xì)胞量少，誘導(dǎo)過程條件均勻、標(biāo)準(zhǔn)化，新研究將為干細(xì)胞應(yīng)用提供安全高效的制備方法，也為開辟藥物誘導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變提供了新方向。
　　全新誘導(dǎo)機(jī)制 “洗澡”兩次細(xì)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；二是操作簡單，培育細(xì)胞過程中無需分盤?！?論文另一通訊作者劉晶研究員說。
　　該方法的研究之門并非一推就開。用“魔法藥水”為細(xì)胞“洗澡”過程中，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(diào)配所得的液體）分兩階段“泡”細(xì)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(xì)胞命運(yùn)狀態(tài)“解鎖”，后者將細(xì)胞命運(yùn)驅(qū)動(dòng)到多能干細(xì)胞狀態(tài)。
　　“化合物雞尾酒”成分的篩選十分關(guān)鍵。2011年，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一個(gè)成分完全確定的培養(yǎng)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(dǎo)多能干細(xì)胞。以此為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過小規(guī)模的藥物篩選，成功替代了兩個(gè)山中伸彌因子，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)山中伸彌因子誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的技術(shù)突破。后續(xù)實(shí)驗(yàn)室以及國內(nèi)同行均對(duì)如何替代最后一個(gè)山中伸彌因子展開了大量的研究，并對(duì)幾千種藥物進(jìn)行了篩選。
　　劉晶回憶道：“篩選過程沒有機(jī)制可循，不知道哪一個(gè)有用，這是最為頭疼的?！彼麄兘Y(jié)合前期的研究基礎(chǔ)，不斷反復(fù)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)借鑒國內(nèi)外同行的研究成果，最終優(yōu)化了一套能簡單高效誘導(dǎo)多能干細(xì)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(yǎng)的肝細(xì)胞，結(jié)果也被成功誘導(dǎo)成多能干細(xì)胞。
　　他們還解釋了一個(gè)關(guān)鍵小分子Brdu誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的作用機(jī)制。“它是一個(gè)簡單的核苷類似物，可以直接作用DNA結(jié)構(gòu)本身來調(diào)節(jié)染色質(zhì)密碼狀態(tài)。”團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)Brdu可以直接整合入DNA，重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變了細(xì)胞的基因表達(dá)。這一全新的機(jī)制為開發(fā)更加高效、簡單地用于細(xì)胞“返老還童”的小分子提供了突破口，且極大提高了誘導(dǎo)的效率，使化學(xué)誘導(dǎo)有望成為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的常規(guī)方法。
　　發(fā)現(xiàn)重要細(xì)節(jié) 找到改變細(xì)胞命運(yùn)的“密碼”機(jī)理
　　“魔法藥水”是如何將成體細(xì)胞誘導(dǎo)到胚胎發(fā)育早期的多能干細(xì)胞狀態(tài)的？細(xì)胞浸泡過程中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極為重要的細(xì)節(jié)：細(xì)胞核的染色質(zhì)處于打開和關(guān)閉狀態(tài)，這意味著細(xì)胞命運(yùn)受到細(xì)胞核內(nèi)部的“信息中樞”染色質(zhì)的狀態(tài)控制。
　　劉晶介紹說，染色質(zhì)猶如一根呈波浪形、串珠狀的繩子。染色質(zhì)的開放與關(guān)閉的組合狀態(tài)總和，決定了細(xì)胞的命運(yùn)。這種情況猶如計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的“密碼串”，將細(xì)胞“鎖”在了特定狀態(tài)。
　　團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在成體細(xì)胞的開放染色質(zhì)位點(diǎn)周圍，有AP—1及ETS等轉(zhuǎn)錄因子家族成員看守著；在胚胎干細(xì)胞中，則有OCT、SOX和KLF等轉(zhuǎn)錄因子家族成員看守。細(xì)胞的“返老還童”就是成體細(xì)胞特異的染色質(zhì)由開放到關(guān)閉，而干細(xì)胞特異的染色質(zhì)則由關(guān)閉到開放的更替過程。
　　這讓團(tuán)隊(duì)十分興奮，他們不僅找到“化合物雞尾酒”的“開關(guān)”來調(diào)節(jié)細(xì)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(xì)胞命運(yùn)的“密碼”機(jī)理。在此之前，全球?qū)Ω杉?xì)胞研究均缺乏理論支撐，研究有點(diǎn)像在“碰運(yùn)氣”。
　　“整個(gè)基因組里面大概有15萬個(gè)位點(diǎn)在經(jīng)歷開、關(guān)，我們把整個(gè)過程清楚描述出來，通過現(xiàn)象揭示本質(zhì)?！迸岫饲湔J(rèn)為，“如果沒有理論指導(dǎo)，很多干細(xì)胞的研究成果會(huì)被浪費(fèi)掉。現(xiàn)在機(jī)理清楚了，意味著研究正慢慢走向理性化?！?br/>　　“未來可以根據(jù)所需的干細(xì)胞類型，設(shè)計(jì)特定藥水，有目的性誘導(dǎo)出各種干細(xì)胞?！迸岫饲湔f，“這只是一個(gè)開始，后續(xù)還有很多機(jī)理探索。我們現(xiàn)正在進(jìn)一步研究，大幅度縮短細(xì)胞‘浸泡’時(shí)間，提高效率?！?br/>　　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(jī)制可以指導(dǎo)科學(xué)家有目標(biāo)地設(shè)計(jì)化合物小分子來改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，從而更加優(yōu)化化學(xué)誘導(dǎo)重編程體系。“中國科學(xué)家在化合物誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的領(lǐng)域上互為補(bǔ)位，使我國在該領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位?！?br/>　?。ㄔd于《科技日報(bào)》 2018-04-17 08版）