PNAS重大突破：超越iPS的重编程细胞

　　

生物通报道  乔治城Lombardi综合癌症中心的一个研究小组称一年前他们在实验室首次构建的一种强大的新型细胞建立了成体上皮细胞一种新的干细胞样状态。这些细胞所具有的一些特性使得再生医学真有可能实现。

在发表于11月19日《美国科学院院刊》（PNAS）上的论文中，研究人员报告说这些新型的干细胞样细胞表达的基因与胚胎干细胞和诱导多能干细胞(iPSCs)并不相同。这解释了当在实验室进行培养时它们不会像其他干细胞一样生成肿瘤，以及能够维持稳定生成研究人员所希望的细胞类型的原因。

“这些似乎正是我们让再生医学变为实现所需要的细胞类型，”资深研究员、乔治城大学医疗中心下属Lombardi综合癌症中心病理系主任Schlegel说。

2011年12月，Schlegel和同事证实其研究小组设计的一种实验室技术能够让正常细胞像癌细胞一样无限期地存活下去，这在以前是不可能的事情。新研究是这一突破性研究工作的延续。

研究人员发现将两种不同的物质（一种Rho激酶抑制剂和成纤维饲养细胞）加入到这些细胞中可推动它们转变为可无限存活的干细胞样细胞。当从细胞中撤除这两种物质，它们会恢复从前的细胞类型。研究人员将这些细胞称之为条件性重编程细胞(CRCs)。

这一研究进展曾被视作是一次令人兴奋的个体化癌症医学演示。事实上，在9月27日《新英格兰医学杂志》（NEJM）上报道的一项的案例研究中， Schlegel及其团队用一名罹患罕见肺肿瘤类型的24岁男子的正常细胞和肿瘤细胞生成了CRCs，并演示通过这些CRCs医生们如何鉴别出了一种有效的癌症治疗。这些细胞被用来筛选潜在的治疗，通过这种方式科学家们能够看到哪些治疗积极地对抗了肿瘤细胞，而对正常细胞损害甚微。

9月时Schlegel 表示：“我们第一次采用这一技术进行临床应用，代表了个体化医疗的一个强有力的范例。但未来还需要一大群的研究人员和严谨的科学弄清楚这一技术是否会进展到我们需要的水平，迎来个体化医疗的新时代。”

新研究的目的旨在比较CRCs与胚胎干细胞和iPSCs的特性。iPSCs是通过加入基因操纵成体细胞生成的细胞，它们具有分化能力，能够转变为新的成体细胞类型。胚胎干细胞和iPSCs都曾在再生医学应用中进行过调查和测试，但当注入到小鼠体内时它们都形成了肿瘤，“并且难于控制这些细胞分化形成的细胞类型。你或许想它们成为肺细胞，但它们反而形成了一种皮肤细胞，” Schlegel说。

相比之下，当给予这些条件时来源于肺的细胞将形成干细胞样特性，使得肺细胞扩增。而当条件撤除时，它们将逆转为分化的肺细胞。Schlegel说它们可以快速完成——在加入抑制子和饲养细胞三天内，就能有效地生存大量的干细胞样细胞。它也可以完全地逆转：当条件去除时，细胞丧失了它们的干细胞样特性，有可能能够安全地移植到组织中。

研究人员比较了三种细胞类型的基因表达，发现尽管有一些相同的基因表达于所有细胞中，CRCs表达的关键基因与胚胎干细胞和iPSCs并不相同。“因为它们不表达这些基因，它们不会形成肿瘤，它们是谱系定向的，不同于其他细胞。这向我们表明CRCs是一种不同类型的干细胞样细胞。”

作为该研究的一部分，研究小组还证实当向子宫颈细胞提供条件，放置到一种三维平台上培养时，它们开始形成“看起来像子宫颈”的细胞。气管细胞也是如此，在一个3-D平台上，它们开始看起来像气管。

Schlegel说当CRCs适用于临床时，它们有可能以各种各样的新途径得到应用，当然这将要付出大量的工作。

“或许它们能够更广泛地用于药敏实验，这一点我们在NEJM研究中进行了证实。还可用于再生医学替换受损的器官组织。可用于糖尿病，我们取得胰腺中剩余的胰岛细胞，扩增它们，将它们移植回胰脏。还可用于治疗因肝酶缺乏引起的许多贮积病。在这些情况下，我们可以取出肝细胞，扩增它们，将正常基因插入细胞中，然后将它们放回患者体内，” Schlegel说。

“这些细胞的潜能是巨大的，帮助确定它们能力的令人兴奋的研究还在继续展开，”他说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Conditionally reprogrammed cells represent a stem-like state of adult epithelial cells

The combination of irradiated fibroblast feeder cells and Rho kinase inhibitor, Y-27632, conditionally induces an indefinite proliferative state in primary mammalian epithelial cells. These conditionally reprogrammed cells (CRCs) are karyotype-stable and nontumorigenic. Because self-renewal is a recognized property of stem cells, we investigated whether Y-27632 and feeder cells induced a stem-like phenotype. We found that CRCs share characteristics of adult stem cells and exhibit up-regulated expression of α6 and β1 integrins, ΔNp63α, CD44, and telomerase reverse transcriptase, as well as decreased Notch signaling and an increased level of nuclear β-catenin. The induction of CRCs is rapid (occurs within 2 d) and results from reprogramming of the entire cell population rather than the selection of a minor subpopulation. CRCs do not overexpress the transcription factor sets characteristic of embryonic or induced pluripotent stem cells (e.g., Sox2, Oct4, Nanog, or Klf4). The induction of CRCs is also reversible, and removal of Y-27632 and feeders allows the cells to differentiate normally. Thus, when CRCs from ectocervical epithelium or tracheal epithelium are placed in an air–liquid interface culture system, the cervical cells form a well differentiated stratified squamous epithelium, whereas the tracheal cells form a ciliated airway epithelium. We discuss the diagnostic and therapeutic opportunities afforded by a method that can generate adult stem-like cells in vitro without genetic manipulation.