中国科学家首次发现细胞命运密码并解码技术

行者

中国科学家世界首次发现细胞命运密码并解码技术

中国科学家首次发现细胞命运密码并解码技术

　　4月4日，裴端卿课题组的科研团队在中科院广州生物医药与健康研究院合影，从左到右分别是：李东伟、刘晶、裴端卿、曹尚涛、余胜勇。

　　成熟的体细胞只要经过两种“药水”的“洗澡”，就能“返老还童”，回到具有多种分化能力的干细胞状态。中国科学家在世界上率先找到了神奇的配方。相关成果今天凌晨零时在线发表在国际干细胞权威杂志《细胞·干细胞》（Cell Stem Cell）上。

　　诱导多能干细胞可以帮助人类了解细胞“变身”的奥秘，为科学界提供了一个窥探生命本质的窗口。多能干细胞还可以用于再生新的组织和器官，为疾病治疗和再生医学提供“种子”细胞来源。

　　科研人员正在讨论课题进展

　　日本科学家、2012年诺贝尔生理或医学奖获得者山中伸弥提出了利用病毒载体进行基因运送，但这一方法具有潜在的致癌隐患，临床应用风险较大。此后，各国科学家不断地开辟新方法，均存在步骤多、时间长、效率低、机理不清楚等缺点。

　　中国科学院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究员领衔的研究团队经过五年攻关，开发出一套高效、简单的化学小分子诱导多能干细胞的方法， 简称为CIP（Chemical Induction of Pluripotency），即化合物诱导干细胞多能性。

　　该方案只需要给细胞用两种不同的“药水”依次“洗澡”，便可以将体细胞“返老还童”到干细胞的状态。这一方法比之前的方案简单、高效，所需的初始细胞量少。更重要的是，可以实现多种体细胞类型“返老还童”，包括在体外极难培养的肝细胞。

　　这些神奇的“魔法药水”是如何将成体细胞诱导到胚胎发育早期的多能干细胞状态的呢？裴端卿说，在个体中，所有的细胞都拥有同样的染色质。为什么会形成形态各异、功能不同的各种细胞呢？原来，细胞在发生可识别的形态变化之前，就受约束而向特定方向分化，确定了其未来的发育命运。团队研究发现，这一“调控之手”就是细胞核内部的“信息中枢”染色质的状态。细胞染色质的开放（1）与关闭（0）状态总和，构成了决定细胞命运状态，这就犹如计算机二进制的“密码串”，将细胞“锁”在了特定状态。

　　裴端卿介绍，由于没有引入外源基因，该方法操作简便、诱导过程条件均匀、所有成分明确、标准化，将为干细胞应用提供安全、高效的制备方法，具有广阔市场应用前景。与此同时，为开辟药物诱导细胞命运转变提供了新方向，将极大推动干细胞及再生医学的发展，服务于我国的医疗与卫生事业。

来源：中国科技大学

凡人

“魔法药水”让细胞“返老还童” 中国科学家发现干细胞制备新方案

新华社记者董瑞丰、刘宏宇

“返老还童”正在实验室里成为现实。生物学家开发了一套“魔法药水”，依次为细胞“洗澡”，便可又快又好地实现多种体细胞类型的“返老还童”。

中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员裴端卿领衔的研究团队经过5年攻关，揭示了化学方法制备干细胞的科学原理，为诱导多能干细胞的研究和优化制备途径提供了全新的科学视角和解决方案。相关成果于北京时间4月6日在线发表于国际干细胞权威杂志《细胞·干细胞》。

“解锁”细胞命运的“密码串”

裴端卿团队开发出的这套化学小分子诱导多能干细胞的方法，只需给细胞用两种不同的“药水”依次“洗澡”，便可以将体细胞“返老还童”到多能干细胞的状态。

多能干细胞是一类具有自我更新、自我复制能力的细胞，具有再生各种组织器官的潜在功能。

这些神奇的“魔法药水”如何将成体细胞诱导到胚胎发育早期的多能干细胞状态？研究发现，细胞的命运受细胞核内部的“信息中枢”染色质的状态控制，细胞染色质的开放（1）与关闭（0）状态总和，构成了决定细胞命运状态。这种情况犹如计算机二进制的“密码串”，可以将细胞“锁”在特定状态。

科研团队进一步研究发现，在成体细胞的开放染色质位点周围，由AP－1及ETS等转录因子家族成员看守着，而在干细胞中，则由OCT、SOX　和KLF　等转录因子家族成员看守。细胞的“返老还童”，也就是由成体细胞看守的染色质由开放到关闭，而干细胞看守的染色质则由关闭到开放的更替过程。

裴端卿说，这项研究正是采用药物来精细调节细胞染色质的“密码串”，先采用一组药物将体细胞命运状态“解锁”，再采用另一组药物将细胞命运驱动到多能干细胞状态，进而实现了细胞命运的“返老还童”。

突破诺奖得主的原有方法

让细胞“返老还童”的方法不止一个，裴端卿团队的新方法更为简单、高效。

2012年诺贝尔生理学或医学奖得主山中伸弥是诱导多功能干细胞的创始人之一。2007年，他所在的研究团队通过对小鼠的实验，发现诱导人体表皮细胞使其具有胚胎干细胞活动特征的方法。

这一方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗多种心血管绝症提供了巨大助力。该方法免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约，因此在全世界被广泛应用，业界称之为“山中伸弥方法”。

但在山中伸弥的研究方法中，利用病毒载体进行逆转录，容易致癌，对于以后的临床应用有较大风险。为了将体细胞诱导为多能干细胞，各国科学家不断地开辟新方法。后期，科学家们利用化学小分子替代山中伸弥因子诱导出了多能干细胞，但存在步骤多、时间长、效率低、机理不清楚等缺点。

论文通讯作者之一、中科院广州生物院研究员刘晶说，相比而言，中国科学家的新方法简单、高效、所需的初始细胞量少，而且容易标准化，被广泛应用。此外，该方案可以实现多种体细胞类型“返老还童”，包括在体外极难培养的肝细胞。

有望极大推动再生医学的发展

干细胞与再生医学近年来方兴未艾，旨在通过干细胞移植、分化与组织再生，促进机体创伤修复、治理疾病，具有重大的临床应用价值，也是衡量一个国家生命科学与医学发展水平的重要指标。

裴端卿介绍，这次发现的新方案，由于没有引入外源基因，操作简便，诱导过程条件均匀、标准化，将提供安全、高效的制备干细胞方法，具有广阔应用市场。

与此同时，这一方法为开辟药物诱导细胞命运转变提供了新方向，将极大推动干细胞及再生医学的发展，服务于我国医疗与卫生事业。

科学家还进一步对单个小分子药物“解锁”细胞染色质密码的机制进行了解密，发现关键小分子Brdu可以直接作用DNA结构本身来调节染色质密码状态，从而推动细胞的“返老还童”。该发现为开发更加高效、简单地用于细胞“返老还童”的小分子提供了突破口。

中科院上海药物研究所研究员、国家新药筛选中心副主任谢欣表示，我国科学家在化合物诱导多能干细胞的领域互为补位，中国在该领域处于世界领先地位。