本報記者 葉青 通訊員 粵科宣 黃博純

　　“變變變”，施個魔法可把體細胞變成幹細胞儲存起來，需要時再讓幹細胞“變身”成其它所需細胞，聽起來很神奇，可這並不是科幻電影裏的橋段，而已在科學界變成事實。1998年，美國科學家成功分離人類胚胎幹細胞，其具有“變身”為任何細胞的強大能力。此研究因涉及到使用胚胎的倫理問題，引起巨大非議，但其為再生醫學領域研究指明了新方向。

　　2006年，一種新的生物技術——誘導多能幹細胞出現，它回避了曆來已久的倫理爭議，解決了幹細胞移植醫學上的免疫排斥問題，使幹細胞向臨床應用又邁進了一大步。

　　然而，在體細胞“變身”多能幹細胞研究過程中，還有大量的關鍵技術難題以及路障未被破解，影響到轉化率。中科院廣州生物醫藥與健康研究院在國內率先開展誘導多能幹細胞研究。該院院長裴端卿領導的研究團隊成功破解了細胞轉化過程中一個極為重要的“障礙”，揭示了體細胞“變身”多能幹細胞誘導機製，構建了幹細胞多能性重建起始階段的理論框架，並發現多個新的誘導因子，發展了更高效、安全的誘導多能幹細胞技術，為我國幹細胞研究和再生醫學的發展打下良好的基礎。該研究成果在國際上引起極大的關注，並獲得2014年度廣東省科學技術獎一等獎。

什麼是誘導多能幹細胞技術？

　　在體外將體細胞培養成多能幹細胞

　　胚胎幹細胞被稱為“萬用細胞”，是一類具有自我更新能力的多潛能細胞，具有再生組織器官的能力。

　　“人體的100萬億個細胞，都來源於一個胚胎幹細胞——受精卵。在試驗動物裏，胚胎幹細胞具有再生出個體的潛能。”裴端卿介紹說，受此啟發，人們希望利用人類幹細胞的無限潛力來治療疾病——用患者的幹細胞培育出新器官，替換生病的器官。但過去幹細胞取自胚胎，這就使科學研究受到了倫理學上的限製。

　　2006年以來，日本科學家山中伸彌發現的誘導多能幹細胞成為幹細胞領域的研究熱點。2012 年即被授予諾貝爾生理或醫學獎。

　　我國最早發表誘導多能幹細胞係和相關技術體係的科研團隊，則是由裴端卿帶頭的研究團隊，他們自2002年起啟動幹細胞研究。

　　什麼是誘導多能幹細胞技術？裴端卿說，所謂誘導多能幹細胞技術就是像“施魔法”一樣，在成體細胞中導入外源因子，在適當的誘導條件下，這些體細胞能在體外培養皿中變成與胚胎幹細胞具有幾乎同等特征的多能幹細胞。該技術能夠將任何一個階段、甚至是高齡老人的細胞，恢複到隻有受精卵胞才具備的多潛能狀態。這就好比讓已經成熟的體細胞“返老還童”，恢複到了最原始、最年輕的狀態。

研究誘導多能幹細胞技術意義何在？

　　有助於帕金森症等疾病治療

　　為何要研究誘導多能幹細胞技術呢？

　　“誘導多能幹細胞技術被認為是再生醫學領域最為理想的供體細胞來源，很可能以後的器官移植問題就靠它解決了。”裴端卿說，利用誘導多能性幹細胞進行細胞藥物研發、藥物篩選將會為多種疾病的治療提供有效的治療方案。“看得更遠一點，若技術不斷發展成熟，秘密的解開還將有助於帕金森症、糖尿病等疾病的治療。”

　　誘導多能幹細胞技術的研究關鍵在於揭示其如何由體細胞“變身”為多能幹細胞，但科學界在研究過程中，仍然存在大量的關鍵技術難題以及路障未被破解，影響到轉化率。

　　如最初建立的誘導多能幹細胞技術體係耗時較長、效率較低，誘導過程中要克服重重障礙，這些障礙的特征一直知之甚少。也就是說，普通細胞逆轉成誘導多能幹細胞的過程成功與否，科學家需要靠運氣。“如果能解開普通細胞轉成到誘導多能幹細胞過程中的秘密，對高效獲取高質量的誘導多能幹細胞，揭示細胞命運決定過程中的關鍵分子機製具有重要意義。”裴端卿說。

　　由裴端卿領銜的該研究成果核心思路就在於尋找並描述誘導多能幹細胞誘導過程中的關鍵事件及關鍵路障。

體細胞“變身”多能幹細胞的關鍵機製是什麼？

　　間質-上皮細胞轉換過程起著關鍵作用

　　2007年，裴端卿在實驗中發現，在重編程早期，細胞由成纖維狀態突然變為緊密排列的上皮細胞狀態，該過程與細胞的間充質-上皮轉化（MET）十分相似。他大膽推測，MET是重編程早期的重要事件，也是重編程過程中的重要路標。

　　MET是什麼呢？裴端卿說，上皮-間充質轉化（EMT）是指上皮細胞通過特定程序轉化為具有間質表型細胞的生物學過程。EMT在胚胎發育、慢性炎症、組織重建、癌症轉移和多種纖維化疾病中發揮著重要作用。MET則是EMT相反的過程。

　　科學的推測需要確鑿證據和嚴密邏輯。裴端卿最初提出此假設時，課題組極少成員表示明白。“我當時十分著急，隱隱約約中總感覺這裏麵有不同尋常的科學奧秘。”他立馬自己動手開始實驗，並圍繞這一假設和項目組一起設計了一係列精細的實驗進行驗證。

　　經過多次實驗和反複論證，裴端卿和課題組首次闡述了重編程因子作用於MET過程的分子機製，確立了MET在重編程過程中的關鍵地位，並進一步發現了一係列新型的因子可以有效促進多能幹細胞的誘導，有力地證明了MET在誘導多能性幹細胞過程中的關鍵作用。該研究成果不僅揭示了體細胞“變身”多能幹細胞誘導機製，且為誘導多能幹細胞機理研究提供了一個優秀的理論模型。

　　此項研究工作成功揭示了間質-上皮細胞轉換過程在誘導多能幹細胞形成中的關鍵作用。後續國際上大量關於誘導多能幹細胞的研究被證實與MET 過程直接相關，大量的引用表明了該項目係列發現的原始創新性。

　　專家指出，這一發現不僅是誘導多能幹細胞機理研究的突破性裏程碑，也為繼續改進誘導多能幹細胞技術提供了理論依據。

　　研究理論成果的作用何在？為我國再生醫學發展打下良好基礎

　　在該理論的指導下，課題組完成單因子誘導成體細胞為誘導多能幹細胞的技術突破。

　　“實驗過程中我們把體細胞‘變身’多能幹細胞的機理闡釋清楚了。MET過程受多種轉錄因子、生長因子和化學小分子調控。如果誘導環境中存在EMT誘導分子，必會降低重編程效率，由此推測出血清嚴重阻礙效率。於是發明了一個無血清的培養基，把重編程效率從萬分之一提升到10%以上，速度從一個月提升到一周。”項目組成員之一陳捷凱說。

　　“參與重編程的4個轉錄因子，在體細胞‘變身’多能幹細胞過程中扮演不同角色，有三個因子是研究較多的幹細胞調節因子，但有一個因子的功能在當時卻不清楚。”陳捷凱介紹，項目組采用可誘導表達係統研究了各轉錄因子的時間作用窗口，最終發現該因子僅需在重編程早期表達，主要功能在於促進重編程早期的MET過程。“通過建立藥物篩選平台對化合物庫和生長因子進行篩選，我們發現了一個新信號BMP能有效替代此因子。進而在無血清培養體係下，通過BMP信號促進MET過程，在國際上首次采用一個重編程因子成功將小鼠成體細胞重編程為多能性幹細胞的狀態。”

　　由於闡明了誘導重編程的啟始機製、效率，極大地優化了誘導多能幹細胞實驗技術平台，項目實施後在誘導多能幹細胞誘導效率和安全性等技術方麵取得了一係列重要突破，並取得3 項中國發明專利授權，為我國幹細胞研究和再生醫學的發展打下良好的基礎。

　　該項目在《Cell Stem Cell》、《J Biol Chem 》等雜誌上發表論文4 篇。哈佛大學侯克林格博士認為這項工作揭示了間充質—表皮細胞轉換過程在誘導多能幹細胞形成中的關鍵作用，同時也顯示了重編程的研究也可啟發對發育過程與癌症發生的研究。裴端卿透露，結合該院的藥物篩選平台——Drug Discovery Pipeline，以及正在建設的GMP級別幹細胞庫，病人來源的誘導多能幹細胞有望用於再生醫學和藥物篩選，對於藥物發現和疾病發生機製的研究將有重要的應用價值。

　　原文載於：《廣東科技報》（2015-03-20 第5版）

　　原文鏈接：http://epaper.gdkjb.com/html/2015-03/20/content_5_1.htm