干細胞牛人Cell頭條：轉分化指南

日期：2012-06-01 09:08:21

來自哈佛大學，霍德華休斯HHMI研究院的Kevin Eggan教授師承Rudolf Jaenisch，是干細胞研究領域近年來迅速崛起的科學家之一，其研究組獲得多項重要的研究成果，比如轉分化，比如人體細胞克隆，比如核移植技術改進等等。

近期他與另外兩位科學家發表了題為“Directed Differentiation of Pluripotent Stem Cells”的快照文章，概況了將多能干細胞轉分化為50種細胞類型的方法，其中包括每個胚層的培養條件和需要的關鍵生長因子，這份指南性文章將能幫助干細胞研究領域的研究人縮短摸索條件的時間，無疑頗具收藏性。

iPS細胞的出現

在很長的一段時間，科學家們都認為一旦細胞發生分化，它就永遠無法恢復其全能性。他們猜想必定是由于大量基因以細胞類型特異性的方式開啟和關閉，由此決定了干細胞的特性。直至2006年，來自日本京都大學的高橋和敏(Kazutoshi Takahashi)和山中伸彌（Shinya Yamanaka）證明情況并非如此。他們將小鼠皮膚細胞——具體地說，是成纖維細胞——轉變為了干細胞。這就是第一批的誘導多能干細胞(iPS)。

經過這些年的發展，研究證明采用不同的技術，可以將體細胞誘導成iPS細胞，不過這些方法都存在一些問題，兩個主要關注的問題就是基因的致癌性，以及介導這些基因的病毒載體的應用。

山中伸彌和其他研究小組利用生成iPS細胞的一個基因c-Myc就是一種致癌基因。iPS細胞生成的，體內具有高水平c-Myc蛋白的小鼠頻繁地形成了腫瘤，部分原因可能就是c-Myc不僅能促使生成干細胞，也能促成癌性生長。因為干細胞和癌細胞具有相似性，干細胞癌變的可能性成為了科學家們關注的焦點。

之后一些團隊通過開發非病毒技術來繞開這一問題，但是與病毒相似，質粒也可能插入到基因組的錯誤位置，意外激活癌細胞。因此又有研究人員采用非整合載體或質粒將干細胞基因導入到細胞，一旦細胞轉變為多能性細胞就將這些載體或質粒清除。這一改變減少了插入核酸或質粒造成的風險。

繞過iPS細胞直接分化

直接轉分化是近年來發展出的新技術，這種技術能繞過干細胞中間階段，直接將某一種成體終末分化細胞特定轉化為其他種類的終末分化細胞，在這個過程中細胞的狀態和功能也隨之發生改變。目前科學家們已利用轉分化技術已成功地誘導成體細胞重編程生成了血細胞、心肌細胞和神經細胞等。

最早就是Eggan教授將一個患有肌萎縮性側索硬化（ALS）的82歲老婦的皮膚細胞重新編程，得到了神經元。這項研究引發了不少爭議，因為研究人員不知道這樣得到的細胞與真正神經細胞是否存在區別，不過這樣做的好吃也很明顯——通常從一個病人身上只能制造出三株以下的iPSC細胞，如果某一株編程不成功，就會前功盡棄。但使用直接轉分化技術，可以同時將許多皮膚細胞轉化成神經元。

之后Eggan教授又將小鼠和人類的成纖維細胞誘變成誘導型運動神經元(induced motor neurons，iMNs)，這種細胞具有形態學，基因表達特征，而且具有電生理，突觸功能，能與胚胎來源的運動神經元一樣的對刺激產生反應。

自此轉分化研究就熱火朝天的開展了起來，2010年科學家們實現了將人類胚胎及新生兒的皮膚纖維細胞成功地誘導為功能性神經細胞；來自于意大利米蘭圣拉斐爾科研所的研究人員對老鼠皮膚細胞和人類皮膚細胞進行基因重組，將其變成了能制造多巴胺的特定神經元；還有研究人員通過人成纖維細胞中miR-9/9* 和miR-124的表達誘導其轉變成了神經元。

2011年國內的科學家利用直接轉分化的方法將從小鼠尾部獲取的成纖維細胞重編程生成了成熟的肝細胞樣細胞（hepatocyte-like cells，iHep）。這一研究首次證明了肝臟以外的體細胞可以被誘導直接轉化為肝臟細胞，為將來從病人自身體細胞誘導獲得肝臟細胞進行移植的應用奠定了基礎。之后還有科學家完成將終末分化肝細胞轉分化成功能性神經元的轉分化。

這些成果好似變魔術一樣，十分有趣，而且相信這些轉分化研究的最新進展都有助于未來干細胞的進一步深入分析，以及相關臨床醫學的應用。