在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義的是，只需共表達(dá)4個(gè)基因就可將胚胎成纖維細(xì)胞（fibroblast）和成體成纖維細(xì)胞重編程為多能干細(xì)胞，這項(xiàng)研究使得英國(guó)、日本2位科學(xué)家獲得2012年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，激起了科學(xué)家對(duì)細(xì)胞重編程技術(shù)的空前熱情。

在這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)之后，科學(xué)家在很短時(shí)間內(nèi)提出了靈活性更高的策略去起草細(xì)胞重編程準(zhǔn)則，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約時(shí)間和成本的同時(shí)還具有安全性。正如加州大學(xué)舊金山分校研究員Sheng Ding博士稱：“目前我們?cè)诟杉?xì)胞研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)是，直接將成纖維細(xì)胞重編程為組織特異性細(xì)胞，其間不需要去分化成多能狀態(tài)，這樣降低了癌化風(fēng)險(xiǎn)。”

近來(lái)Ding博士和同事研發(fā)出2種不同的細(xì)胞重編程模式，一種是依賴細(xì)胞特異性因子將成纖維細(xì)胞重編程為期望的細(xì)胞類型；另一種是短時(shí)期內(nèi)用通用性重編程因子誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞以使其在表觀遺傳水平上活化，*終接觸不同信號(hào)而分化完全。

Ding博士和同事利用細(xì)胞重編程技術(shù)誘導(dǎo)出心肌細(xì)胞、神經(jīng)祖細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞（沒(méi)有經(jīng)過(guò)去分化這一中間步驟），該過(guò)程類似于一些物種體內(nèi)通過(guò)短暫、低水平表達(dá)干細(xì)胞因子實(shí)現(xiàn)再生。Ding博士稱：“隨著深入的研究，我們證實(shí)了通過(guò)直接重編程可誘導(dǎo)胰腺細(xì)胞和肝細(xì)胞。”

異質(zhì)性仍然存在

波士頓兒童醫(yī)院的血液學(xué)和腫瘤學(xué)教授George Q. Daley博士稱：“具有長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值的是，開(kāi)發(fā)出重編程策略以提供醫(yī)用細(xì)胞。” 近期他所在的研究小組發(fā)現(xiàn)了，高度保守的Notch信號(hào)通路在人體胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（IPSC）分化成血細(xì)胞的早期階段發(fā)揮關(guān)鍵作用。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)提供了對(duì)血細(xì)胞分化命運(yùn)的新認(rèn)識(shí)。

細(xì)胞療法已成為針對(duì)遺傳性血細(xì)胞疾病的很有前景的治療方法，不過(guò)安全性（一部分是因?yàn)榭赡芤�起的免疫反�?yīng)）是一個(gè)制約因素，而使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（遺傳缺陷被修正）可避開(kāi)安全性問(wèn)題。值得注意的是，細(xì)胞重編程過(guò)程中并非所有的IPSCs細(xì)胞都是相同的，其中研究人員發(fā)現(xiàn)了克隆體異質(zhì)性以及可區(qū)分胚胎干細(xì)胞和IPSC的重大功能差異，而這些功能差異可由遺傳因子和表觀遺傳因子共同決定。

Daley博士補(bǔ)充道，“讓人苦惱的是一些干細(xì)胞類型很難預(yù)測(cè)，我們還不能充分地理解干細(xì)胞的異質(zhì)性現(xiàn)象。對(duì)于一些細(xì)胞類型，干細(xì)胞的差異化和異質(zhì)性構(gòu)成了臨床應(yīng)用的重大障礙。”

Daley博士和同事正專注于利用重編程技術(shù)生產(chǎn)可供干細(xì)胞療法的血小板。他說(shuō)，“我們嘗試確認(rèn)需要生成多少種細(xì)胞系，才可發(fā)現(xiàn)一種期望的、性能理想的干細(xì)胞，從而降低極高的生產(chǎn)成本。”

甲基化的復(fù)雜干擾

霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)教授Andrew P. Feinberg博士稱，“約十年前，我和Rafael Irizarry博士研發(fā)出基因組水平的、基于陣列的新方法，可科學(xué)地觀察一大段DNA的甲基化圖譜。這一方法讓研究人員發(fā)現(xiàn)，組織特異性的甲基化DNA 處在距離CpG島（CpG islands）有2千個(gè)堿基的CpG島岸（CpG island shores），而非之前認(rèn)為的處于CpG島之內(nèi)。此外，全基因組水平上測(cè)序二硫化物后發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞中甲基化模式發(fā)生錯(cuò)亂，表現(xiàn)在甲基化區(qū)域遠(yuǎn)離或靠近CpG。”

從基因組水平理解疾病甲基化獲得一些進(jìn)展。通過(guò)對(duì)同一患者的大腸癌和正常大腸黏膜進(jìn)行比較，研究人員發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞中約一半的基因組DNA出現(xiàn)高甲基化。而對(duì)應(yīng)LOCKs結(jié)構(gòu)（染色質(zhì)賴氨酸修飾部位）的基因組片段與核纖層蛋白相關(guān)的基因組片段具有高達(dá)80%的重疊率，這些片段在正常細(xì)胞中高度甲基化，在分化過(guò)程中片段增長(zhǎng)，而在腫瘤中卻丟失。

Feinberg explains博士稱，“總的說(shuō)來(lái)，這項(xiàng)研究揭示了比之前認(rèn)識(shí)更為復(fù)雜的、處于惡性腫瘤階段的表觀遺傳特征：甲基化模式通常出現(xiàn)錯(cuò)亂。通過(guò)從結(jié)構(gòu)方面觀察基因組甲基化，研究人員發(fā)現(xiàn)了大量重疊區(qū)域，這些區(qū)域在一些腫瘤細(xì)胞和重編程干細(xì)胞中發(fā)生改變，并強(qiáng)關(guān)聯(lián)于組織特異化過(guò)程中甲基化DNA區(qū)域。”

研究人員指出，從表觀遺傳學(xué)水平上看，腫瘤細(xì)胞可獲得像其它組織類型一樣的甲基化模式，而利用試驗(yàn)法和模型法去整合相關(guān)研究，F(xiàn)einberg和同事揭示了甲基化特征不能從本質(zhì)上定義腫瘤細(xì)胞，具有一定的隨機(jī)性。

早期階段的癌細(xì)胞

賓夕法尼亞Perelman醫(yī)學(xué)院大學(xué)細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)教授Kenneth S. Zaret 博士稱，“我們發(fā)現(xiàn)了胰腺早期病變過(guò)程中選擇性分泌的多種蛋白質(zhì)，這可扭轉(zhuǎn)因無(wú)法敏銳預(yù)測(cè)胰腺癌而延誤病情的不利狀態(tài)，約6%的病人有5年的生存期。”

為了建立試驗(yàn)系統(tǒng)，Zaret博士和同事將胰腺導(dǎo)管癌細(xì)胞重編程為多能干細(xì)胞狀態(tài)，并假設(shè)一些細(xì)胞隨后會(huì)再分化成胰腺組織以及重新完成腫瘤形成的早期階段。盡管多數(shù)來(lái)自腫瘤樣本的細(xì)胞沒(méi)有出現(xiàn)癌化基因型，一種細(xì)胞系生成了胰腺上皮癌變前體細(xì)胞，并在小鼠模型中發(fā)展到侵入性階段。

Zaret博士說(shuō)：“這種方法讓我們通過(guò)篩查多種腫瘤獲得一種非常罕見(jiàn)細(xì)胞系，從而可識(shí)別其中發(fā)生的罕見(jiàn)的遺傳事件。通過(guò)將處于早期階段的人體腫瘤細(xì)胞導(dǎo)入小鼠模型中，可發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)記物以預(yù)測(cè)腫瘤是否進(jìn)入侵入性階段。此外，在體外培養(yǎng)早期階段癌變細(xì)胞，也可從蛋白質(zhì)組水平分析可作為潛在標(biāo)記物的分泌蛋白，并*終在侵入性癌變小鼠的血液中進(jìn)行驗(yàn)證。”

這一方法揭示出三種分子HNF4α、 TGFβ和 integrin 共同作為生物標(biāo)記物以預(yù)測(cè)胰腺癌早期進(jìn)展。（轉(zhuǎn)自 生物探索）

原創(chuàng)作者：上海信帆生物科技有限公司