Nature：成熟体细胞经简单外部刺激即可逆转为干细胞
2014-01-31 MedSci MedSci原创
2006年时，日本科学家曾报道了一种技术，可使哺乳动物体内具有胚胎分化能力的细胞，转换为任何一种细胞——即 闻名于世的诱导多功能干细胞（iPS细胞）。而本周的Nature刊登了一篇由其它日本科学家进行的研究，他们发现了一种让人惊讶的简单技术，
然而为了证实其多能性，这些细胞需显示出转变为所有类型细胞的能力——方法是向小鼠胚胎注射被荧光标记的细胞。 如果注射的细胞具有多能分化能力，那么小鼠身体各处组织都可以见到这种细胞。这种检测方法异常困难，需要从策略上进行改变。在日本山梨大学小鼠克隆领军人 物若山照彦的帮助下，研究人员建立了上百个小鼠模型，但荧光标记非常微弱。若山照彦在研究初期曾认为“巨大的努力将被浪费”。后来他建议从新生小鼠身上提 取完全分化的细胞并进行加压，而非成年小鼠细胞。他的方法成功制造出整体都是绿色的小鼠（即封面图片）。
但这种思路仍然过于激进，小保方晴子希望制造出更多的小鼠，以得到更多的认同。她表示自己的论文稿件曾被多次拒绝。
a, Schematic of low-pH treatment. b, Oct4-GFP+ cell clusters appeared in culture of low-pH-treated CD45+ cells (middle; high magnification, right) on day 7 (d7) but not in culture of control CD45+ cells (left). Top: bright-field view;…
为了说服那些持怀疑态度 的人，小保方晴子需要证实这些多能细胞由成熟细胞转换而来，而非来自原来已存在的多能干细胞。因此，她通过对T细胞施加压力而制造出多能细胞。T细胞是一 种存在于血液的白细胞，人们已经清楚T细胞发育期间，其基因将出现重排而最终成熟。小保方晴子通过拍摄视频的方式，记录了T细胞转变为多能细胞的转变过 程。她把这种现象称为刺激诱导的多能性获得（phenomenon stimulus-triggered acquisition of pluripotency，STAP）。
研究结果激起本身已长期存在的争议。多年来，很多科学家都报道他们在哺乳动物体内发现多能细 胞，例如来自明尼阿波里斯市明尼苏达大学的分子生物学家Catherine Verfaillie曾描述一种多潜能成体祖细胞。但其他人在重复这些实验结 果时存在较大难度。小保方晴子目前在美国哈佛大学的Charles Vacanti的组织工程学实验室，对Vacanti小组从活体分离、被认为具有多能 分化能力的细胞进行研究。但她对研究结果有着不同的解释：当机体细胞应对物理压力时，即可产生多能细胞。研究的另外一位共同作者Vacanti说：“本质上说，这些细胞是机体对损伤应答时产生的自然过程。”
其中一个最让人意外的发现是，STAP细胞也可以形成胚胎组织，这是iPS或胚胎干细胞也无法做到的。若山照彦说，克隆将因 此变得极为简单。目前的克隆技术需要提取出未受精卵，将细胞核替换为供体的细胞核，之后在体外进行胚胎培养，再将其移植至替代受孕物的体内。如果STAP 细胞自身也能制造出胎盘，将可以直接植入替代受孕物的体内。但他也指出，这种想法现在仍然只是“空想阶段”。
小保方晴子已经对一系列的细胞进行重组，包括脑 细胞、皮肤细胞、肺细胞和肝脏细胞，提示这种技术即使无法用于所有类型的细胞，亦可以用于大部分细胞。她表示，平均来说25%的细胞在经历外部压力后存 活，当中30%可成功转变为多能细胞——已经远高于iPS细胞的仅1%转化率，而且iPS细胞的多能性获得需要数周。她希望利用这些研究结果，用于验证机 体细胞重编与干细胞活性之间的联系。小保方晴子也在研究如何将这些技术应用于成年小鼠和人类。iPS细胞研究的领导人物山中伸弥说：“人类将通过这些研究结果认识细胞核重编过程。从实用性的角度看，研究结果有望应用于临床。我认为这是一种制造iPS细胞的新方法。”
原始出处：
Haruko Obokata,Teruhiko Wakayama,Yoshiki Sasai,et al.Stimulus-triggered fate conversion of somatic cells into pluripotency. Nature,2014,505, 641–647 doi:10.1038/nature12968
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#Nat#
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真是造假的文章吗？
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#体细胞#
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孙学军
今天《自然》杂志给日本和美国学者联合提出的诱导干细胞新技术以特别的待遇，一篇论著一篇letter，第一作者都是日本年轻美丽的女学者晴子Haruko Obokata教授，也算2014年中国年最亮丽的生物学贺礼（也许我们自作多情，这个研究压根和中国学者没有关系）。随后《科学》杂志也发表评论文章，将在明天出版的杂志上正式出版。
科学杂志的评论题目是Acid Treatment Could ProvideBreakthrough Stem Cell Technique，酸性处理提供干细胞技术突破。“科学家发现了一种特别简单的方法，能让成熟的细胞重新返回幼稚状态。这种方法只需要是将小鼠血液细胞洗个酸水浴，这些细胞有的死亡，存活下来的细胞有一部分会成为诱导干细胞，这些细胞可以在体内分化成各种类型的细胞。这一重大发现不仅会引起许多学术界的动荡，而且有可能最终成为人类治疗疾病的革命性技术。”这段文字就是《科学》评论开篇热情洋溢的介绍。
技术描述：和传统的技术不同，最新的技术绕开复杂的现代分子生物学技术，这一日美联合课题组首先从新生小鼠获得血液，只简单地用酸性培养基进行处理，然后将这些细胞重新进行标准培养，1周后，奇迹出现，那些经受酸性考验活下来的许多细胞变成了诱导干细胞。
就是这样简单，简单到成为傻瓜技术。如果过去的干细胞属于专业版发烧级，现在的诱导干细胞将成为傻瓜版或平民版。这一技术将给许多渴望开展诱导干细胞研究，但又缺乏现代分子生物学技术的许多普通实验室提供了方便。你只要有细胞培养条件，就可以开展诱导干细胞研究。如果你没有看到这一点，那么我真的很无奈。相信有一些快手已经着手申请2014年的各类研究经费，向这个诱人的技术进军了。
按照《自然》的说法（可能更真实），晴子小妹妹在哈佛的老板实验室工作期间，看到大家都忙着从动物身体内纯化干细胞，当她注意到这些细胞经过狭窄的毛细管后，细胞个头变小，和干细胞更接近。于是她觉得是应激因素导致成熟干细胞转化，而不是真正的体内干细胞。其实对于体内是否真的存在干细胞，有不少人目前并不认可。这个观点真好可以支持这个观点。
《科学》杂志介绍为什么有这个思路是这样描述的（这个描述更象是论文或学术模式，是为写论文而编辑出来的学术故事）。这些学者所以考虑到这个思路是来自植物领域的灵感（植物的这些事情早就存在，为什么到现在才想到？），当植物遭受到环境应激（植物都称胁迫，实际是一个东东），例如缺水、高热、高盐等，植物的成熟细胞会变成幼稚的细胞，当环境条件改善后，这些幼稚细胞可以变成新的整个植物（这个故事怎么听上去象是某些牙包细菌的伎俩）。2008年，日本的RIKEN中心的晴子教授尝试动物细胞是否也和植物细胞一样，遭受到应激环境后可以变成幼稚细胞。于是她开展了各种应激因素对这种可能效应的尝试，先后用热处理、物理压迫和限制能量等等多种方法。
结果发现，有一些应激因素确实可以让这些细胞变成幼稚细胞，其中最有效的方法是酸性稍弱于醋的溶液中处理25分钟，然后返回正常培养条件（这里面有故事需要说，为什么是25分钟？酸性的程度怎么确定的？）。只需要一周后，大约20%的细胞存活下来（80%的细胞死掉了），其中30%的细胞变成诱导多潜能干细胞（总比例是6%，比经典的1%诱导率高5倍，时间也减少了几倍，工作效率估计是30-50倍）。这些细胞具备分化为各种细胞类型的能力，如果环境合适，这些细胞可以成长为胚胎（新的克隆技术）。
日本理化学研究所RIKEN（RIkagaku KENkyusho/Institute of Physical and Chemical Research）创立于1917年，是日本最大的综合性研究所，坐落在紧邻东京的小城和光市。RIKEN是日本唯一的自然科学研究所，其研究领域包括物理、化学、生物学、工学、医学、生命科学、材料科学、信息科学等，从基础研究到应用开发十分广泛。RIKEN有大约3000 名研究人员，每年的预算约62亿人民币，大部分研究经费来自政府。
该课题组将这种现象命名为环境诱导获得性多能性(STAP)。STAP细胞具有许多胚胎干细胞的特征，开始时这些生长和分裂都不理想，只能存活大约2周（胚胎干细胞是这样吗？）。经过技术改进，这些细胞可以永久保存，无限分化。
虽然这些研究大部分都采用新生小鼠的白细胞，但他们也证明这一技术同样适合于脑、皮肤、肌肉等细胞类型。晴子说，使用成年小鼠的细胞也可以产生STAP细胞，但效率会随着动物年龄的增加而降低。
许多学者对这种技术十分赞赏，因为这种技术的门槛非常低，谁都可以重复，谁都可以开展干细胞研究。
经典的干细胞技术十分复杂繁琐，早期的胚胎干细胞需要获得早期胚胎细胞。2006年日本著名学者山中教授发明的新技术是诱导干细胞技术给这一领域带来了重大影响。山中教授的研究发现，只需要给成熟的细胞转染4种转录因子，这些细胞就可以重新编程，变成类似胚胎干细胞，这种技术称为诱导干细胞（iPS）技术。如果晴子的STAP新方法能用于人类，这将不仅可以克服胚胎干细胞的伦理学障碍，而且可以克服iPS可能导致的基因缺陷难题。这些优点对再生医学来说尤其重要，再生医学家目前正在努力尝试再造组织以治疗糖尿病、巴金森、老年性痴呆等重要疾病。
诺贝尔医学奖获得者山中教授认为，这就是一种新的iPS样技术。但他提醒说即使STAP技术能用于人类细胞，仍需要和现有技术进行比较（要求不过分）。
北京大学生命科学院著名教授邓宏魁认为，如果这种技术可以用于人类，这可解决许多再生医学问题。他提到植物细胞的再编程能力，植物和哺乳动物存在一定的类似性不奇怪，但机体如何调节这种功能是一个重要问题。酸性环境在动物胃中非常普遍，而且远高于STAP所需要的酸性条件。那么为什么胃细胞不会发生这种重编程变化？晴子教授猜测，我们的组织应该具备一种可以抑制这种过程的机制，但确定这种机制需要更多研究。
研究发现有些动物具有强大的再生能力，例如两栖类的蝾螈和火蜥蜴，当可以从损伤部位再生肢体、眼睛等器官。澳大利亚新南威尔士大学的干细胞学家Kuldip Sidhu说，有一天人类将来或许能理解人类细胞去分化的原理，并可阻断或启动这个过程，并可以解决人类器官再生的技术问题。
博主看法：这一技术无疑将会引起生物学领域的极大关注，不仅再生医学和干细胞领域，将有许多人沿着这个思路寻找更好的更奇妙的诱导方法，过去我们曾经设想高压氧或许可以诱导神经干细胞再生，但是就觉得这个思路太离谱，后来就放弃了。其他如环境适应、应激生物学也会对这个现象有兴趣。细胞重新编程只是一个生物学现象，对理解机体适应机制将提供一种研究模式。重新编程和肿瘤干细胞也可能存在一定关联，因此会有一些肿瘤学研究者跟进这个研究。其实生物体本身就具有必然的再生能力，生育就是典型的再生现象，而这种再生能力简直就是自然过程。也就是说，再生是生物的必然，通过复杂的操作只是因为我们不了解再生的细节，也许所谓的应激处理也是多余，更简单的再生诱导就是生理环境的特殊组合。
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低ph环境是否与肿瘤细胞的体内去分化相关呢
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