[转帖]更简单、更安全的细胞重编程

更简单、更安全的细胞重编程
消息来源：生命奥秘 www.lifeomics.com

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      不使用致癌基因c-Myc，同样可以将小鼠和成人的成纤维细胞重组为可诱导的多潜能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS细胞）。

 

       在发表于2006年的那项令人震惊的实验结果中，Shinya Yamanaka等人[1]第一次报道了仅仅只是将几个关键的转录因子转入细胞，就可以将小鼠胚胎组织来源的成纤维细胞重编程为多潜能干细胞状态这一发 现。然而，最初的方法会将多拷贝的致癌基因c-Myc随机整合入靶细胞的基因组中，这就带来了一个非常严峻的安全性问题，阻碍了不久的将来该技术在临床上 的应用。就像这篇文章中提到的那样，Yamanaka等人[2]现在已经证实，将致癌基因转入小鼠和成人的成纤维细胞并不是将其重编程为多潜能干细胞所必 需的。胚泡注射不含c-Myc基因的iPS 细胞制造出来的嵌合体小鼠的肿瘤发病率，较之那些胚泡注射含c-Myc基因的iPS细胞制造出来的嵌合体小鼠呈现明显的下降（图1）。

 

       上世纪末，哺乳动物克隆技术的发明以及人类胚胎干细胞（ES）的发现这两大科技成果几乎立即就给人们带来了一个设想，那就是这两项技术的结合，可能可以用 于为不同的患者生产他们各自需要的不同的多能干细胞系[3]。这些细胞系可以克服同种异体胚胎干细胞移植中所面临的无法解决的免疫排斥问题，也可以提供实 验室里研究复杂人类疾病的模型。在小鼠身上，这种想法马上被证实是可行的[4]，但伦理道德上以及实际操作中的障碍，推迟了体细胞核移植在人类中的进展。

 

       尽管通过克隆或细胞融合的方式[5]进行的体细胞重编程肯定会包含基因的表达产物，这一点是显而易见的，尤其是在卵子细胞或iPS细胞中。这两种方法看起 来也都非常复杂，其中包含的因子也很多。Yamanaka的路标研究[1]（landmark study）的令人惊奇之处，就在于他简化了重编程的过程——他只对几个基因进行操作。很快，他们的研究团队以及其它几个研究小组都证实了，通过修改后的 方法制造出的iPS细胞与那些胚胎干细胞来源的iPS细胞[6,7]是一样的。然而，由这些iPS细胞制造出的嵌合体小鼠仍然会患上肿瘤，这可能和在重编 程的过程中使用了c-Myc基因有关。

 

       即使是在该研究领域中的研究者，也没有几个人可以预测出目前研究进展的进度。就像Yamanaka[8]的实验室和James Thomson[9]的实验室分别独立报道的那样，通过转导基因的表达，细胞重编程而成为iPS细胞的方法已经应用到人类细胞上了。Yamanaka的论 文显示，他们成功地使用了他们以前在小鼠实验中的方法，在人类胚胎和成人成纤维细胞中也获得了成功。Thomson的方法则是使用了不同的基因组合——不 需要C-MYC基因的方法——来重编程人类胚胎和新生儿的成纤维细胞。但两个小组都使用了OCT3/4 和 SOX2（它们是iPS细胞状态的关键调节子）。

 

       本研究中，Yamanaka使用了Oct3/4、Sox2 和Klf4,但是没有使用c-Myc。不使用c-Myc进行重编程操作不会得到太多的细胞克隆，而且花的时间也要长一些，但是得到真正iPS细胞的比例却 要大得多。该结果表明c-Myc的作用主要是加速细胞的生长，而不是进行重编程。像预计的那样，使用这种方法得来的iPS细胞制造出的嵌合体小鼠，癌症发 病率要低得多，因为c-Myc没有整合入靶细胞的基因组中。

 

　　在我们充分了解iPS细胞，弄清楚它在研究工作和 医疗工作中的作用以前，还有很多工作要做。直到现在，还必须继续研究人类ES细胞，并且仔细比较iPS细胞的特性和那些ES细胞来源的iPS细胞的特性。 如果没有以前在小鼠上的工作和人类ES细胞上的工作，可以说是不可能发现iPS细胞。

 

　　即使不使用c-Myc, 目前制造iPS细胞的方法仍然会导致随机的遗传物质整合，引起插入突变。除此以外，虽然转入的基因经过重编程以后通常都不会表达，但是随后的Oct3/4 基因、 Sox2基因的再激活或者其它的基因，哪怕不是c-Myc基因的再激活，也都会在组织中带来不良反应。有理由相信可以通过一个瞬时的基因传送系统来进行细 胞重编程，这就不会对细胞基因组带来永久的不可控的修饰改变。或者，搜索化学品文库可能会发现一些小分子物质能推动细胞进行重编程。因为整体来说，细胞重 编程的几率还是很低的，靶细胞可能只是代表原始多能细胞中的一小部分细胞而不是完全去分化的细胞。成熟细胞标记技术的运用，例如免疫球蛋白或T细胞受体基 因重排[10]都可以解决上述问题。

 

　　Yamanaka和Thomson[9]在该领域的研究给我们带来了一个 十分有趣的话题，那就是安全性评估和重编程的效率问题。尽管Yamanaka等人检验的嵌合体动物的数量还并不大，而且观察这些动物的时间也不过才100 天，但这些实验都是非常严密精确的。在他的实验中，干细胞及其传代细胞要可以分化成物种体内的每一种细胞，要经历许多轮精确控制下的细胞分裂、程序性细胞 死亡和广泛的迁移，并且要能够整合入组织并且正常的行使其功能。人类细胞测定作为对照——畸胎瘤形成——是一个相对短期的过程，也没有什么功能。非常有趣 的是，在Thomson的研究中[9]，人类出生后组织来源的iPS细胞形成了畸胎瘤，但并没有严格的像体细胞分化那样的过程，就像胎儿成纤维细胞来源的 ES细胞或iPS细胞分化那样。该结果的意义目前还不清楚，但是它可以表明出生后的细胞并没有完全的重编程。其它的有确定意义的人类iPS细胞检测方法目 前还没有，并且基本上也不需要。

 

　　在不远的将来，利用目前的方法，从已知的易感某种遗传疾病的个体中获得iPS 细胞，该细胞可以为实验室提供研究该疾病发病机理的模型，也可以用来开发新的治疗方法。这种或其它形式的细胞重编程是否最终会被证明对患者本人的治疗有 效，还需要进一步观察。如果各iPS细胞系之间分化为特定细胞系的能力有所不同，那么就可能需要为每一位病人生产并检测许多iPS细胞系了。而且如何快速 且彻底地进行安全性的检测也是让人头疼的问题，除非开发出了短期预测的检测方法。然而，iPS细胞似乎是组织配型时生产大量所需HLA单倍体型iPS细胞 最有效且最可行的方法，因为该方法不需要大批量的胚胎细胞。不论该领域的研究进展如何，降低iPS细胞恶性病变的风险是该技术进入临床的必要条件。

 

 

 

 

 

 

图1从生成iPS细胞的重编程操作程序中去除掉c-Myc基因，用这种iPS细胞得来的后代嵌合体小鼠的肿瘤发病率相比使用致癌基因的重编程方法得到的后代嵌合体小鼠的肿瘤发病率要低。

 

 

参考文献：
1. Takahashi, K. & Yamanaka, S. Cell 126, 663–676(2006).
2. Nakagawa, M. et al. Nat. Biotechnol. 26, 101–106(2008).
3. Wilmut, I. Sci. Am. 279, 58–63 (1998).
4. Munsie, M.J. et al. Curr. Biol. 10, 989–992(2000).
5. Tada, M., Tada, T., Lefebvre, L., Barton, S.C. &Surani, M.A. EMBO J. 16, 6510–6520 (1997).
6. Okita, K., Ichisaka, T. & Yamanaka, S. Nature 448,313–317 (2007).
7. Wernig, M. et al. Nature 448, 318–324 (2007).
8. Takahashi, K. et al. Cell 131, 861–872 (2007).
9. Yu, J. et al. Science, published online, doi:10.1126/science.1151526 (20 November 2007).

 

原文检索：www.nature.com

 

YORK/编译

 

关键词：多潜能干细胞
Key words：iPS