Cell杂志最受关注十篇文章（10月）

　　

生物通报道：Cell创刊于1976年，现已成为世界自然科学研究领域最著名的期刊之一，并陆续发行了十几种姊妹刊，在各自专业领域里均占据着举足轻重的地位。Cell以发表具有重要意义的原创性科研报告为主，许多生命科学领域最重要的发现都发表在Cell上。本月《Cell》前十名下载论文为：

1. Metabolism Select

2. The Tumor Suppressor p53 Regulates Polarity of Self-Renewing Divisions in Mammary Stem Cells

3. Attacking Cancer at Its Root

4. Reprogramming to Pluripotency: From Frogs to Stem Cells

从青蛙到干细胞：重编程与多能性

理解了成体细胞如何重编程为多能态细胞的机制，就为我们在人类生物学研究方面打开了一片新的视野，为我们对疾病的研究提供了一种新的工具，同时为将来的个性化的干细胞治疗指明了出路。英国剑桥大学Gurdon研究所的John Gurdon和日本京都大学的Shinya Yamanaka两位科学家的研究成功地使成体细胞重编程为多能状态的细胞，他们也因此项研究获得了本年度的阿尔伯特• 拉斯克基础医学研究大奖。两位获奖者所做的贡献的研究方向和年限上都是很不相同，然而，他们的研究一起改变了我们对处于已分化状态细胞稳定性的认识。John Gurdon被我们所熟知，是由于他穷毕生的精力去认识将成年细胞核移植到卵细胞里面获得重编程并开始再一次发育的过程。而Shinya Yamanaka，则由于其在2006年开始的一系列实验中获得的重大发现而使其在极短的时间内成为该领域突出的人物，他发现当向成年细胞中仅添加四个关键的转录因子就可以直接使其重编程而具有多能性，产生出所谓的诱导多能干细胞（iPS）。这个联合奖项的颁发是对认识的令人满意的阐释：每一项新的科学突破都依赖于多年研究的知识积累——要站在巨人的肩膀上。

从青蛙和Dolly到胚胎干细胞和诱导干细胞

第一个报道产生人胚胎干细胞的报道在哺乳动物克隆成功后不久就出现了，这两个成果之间仅仅相差一小步。尽管活的克隆动物相对稀少，但是在小鼠中通过体细胞核移植产生的胚泡可以用来生产胚胎干细胞(Wakayama et al., 2001)。使用人类细胞来重复这样的结果将会使人们在激动中陷入矛盾：激动是因为其在未来的个性化的干细胞治疗中显示出的诱人的前景以及存在用来生产疾病特异的干细胞的可能以用来在体外研究疾病发生的机制；存在争议是因为其又存在用于人类生殖克隆的可能，因而引发围绕卵子捐赠，故意创造和毁灭人类胚胎——即使是很早期的胚胎，这一伦理学问题。然而，尽管已经有通过体细胞核移植获得灵长类胚胎干细胞的报道，但迄今为止，尚没有用人类细胞核移植得到胚胎干细胞的成功的例子。甚至在小鼠中，想要获得一株通过体细胞核移植生产的胚胎干细胞所需的卵母细胞的数量也是非常惊人的。在实际中想要收集如此大量的人的卵母细胞是极其困难的，这也正是阻碍这一领域取得实质性进展的最大障碍。

而所有我们所面对的这些困难都在2006年这一年发生了改变，当Takahashi 和 Yamanaka将他们的第一篇研究成果发表以后，这一切都发生了很大的改变。在这篇论文中他们发现，当四种转录因子Oct4, Sox2, c-Myc, 和Klf4在细胞中得到简单的表达后就有可能将小鼠尾部的成纤维细胞转变成具有胚胎干细胞特性的细胞(Takahashi and Yamanaka, 2006) 。这些最初的诱导干细胞与胚胎干细胞并不完全相同，他们没有种系传递能力因而发育到组织嵌合体的能力是很有限的。并且他们的产率是极低的。但是，在这之前从来没有人能够以如此接近本质的方式戏剧性地直接逆转细胞的分化。在此之后，Yamanaka实验室及其他的实验室都迅速的对生产诱导干细胞及能够将诱导干细胞的基因型传递给下一代细胞的筛选程序做了改进(Okita et al., 2007; Wernig et al., 2007)。小鼠诱导干细胞技术的不断改进，使得完全使用诱导干细胞以四倍体互补（以四倍体作为干细胞发育的胎盘）的方法生产活体小鼠得以实现，这是用于检测诱导干细胞多能性的的最后的测试。

虽然小鼠诱导干细胞的成功获得激起了研究界的巨大轰动，但直到Yamanaka 实验室和James Thomson实验室各自独立的报道实现了成人皮肤细胞成功地重编程为多能干细胞时这一发现才引起了世界的极大关注。Yamanaka实验室使用了与诱导小鼠多能干细胞相同的转录因子(Takahashi et al., 2007)，而Thomson则用LIN28和NANOG替换了c-MYC和KLF4 (Yu et al., 2007)。这些人的诱导多能干细胞确实具有多能性，用体外分化的实验，畸胎瘤的形成，基因表达，和表观遗传学佐证等方法的评估结果都表明：实现制造病人个体特异的的干细胞的目标可以不借助核移植的方法而得以实现。反堕胎组织迅速宣称人诱导干细胞技术的出现使得人胚胎干细胞的研究没有存在的必要，但Yamanaka本人迅速做出了与之相反的断言，他指出人胚胎干细胞仍然是评判诱导干细胞方法进步与否的标准。

那么是什么引领Yamanaka穿越迷雾的丛林而最终踏上他的发现之旅并使得他的成就这般独一无二呢？Shinya Yamanaka在日本神户医学院的时开始了他的职业生涯，但相比于整形外科的工作，他发现自己更着迷于科学发现的过程，当他在旧金山做博士后研究期间，在研究肝癌转基因小鼠模型时，他发现了一个基因，Nat1,这个基因对于胚胎干细胞的早期发育和分化有非常重要的作用。这使他开始了对胚胎干细胞多能态的遗传调控网络和其多能态是如何维持的的令人着迷的研究。回到日本以后，他着手做用硅胶对抗胚胎干细胞后代分化的研究工作，在实验中他发现了一套在胚胎干细胞中高度富集的基因。这些基因中包括许多编码已知的或新的转录因子的基因，其中之一就是Nanog 基因，他和Austin Smith实验室的研究都表明该基因在维持胚胎干细胞多能性上扮演着关键的角色(Chambers et al., 2003; Mitsui et al., 2003)。其他基因包括Oct4, Klf4, 和Eras,他们每个基因对于维持干细胞的多能性都是必要的，然而将他们每个基因单独异位表达用于诱导细胞多能性时确是不够的。我们对Yamanaka所做的工作做一简单的回顾；他认为要将一个成体细胞完全逆转为一个具有多能性的细胞可能需要多个因子的联合作用而非依靠一个简单的关键基因。他用逆转录病毒载体构建了一个具有24个胚胎干细胞中富集的因子的基因文库，并用以转染一些具有人为控制下表达选择标记基因——胚胎干细胞特异基因Fbx15——的成纤维细胞。在胚胎细胞培养环境下筛选这些转染的成纤维细胞，这可使一些具有胚胎干细胞样的细胞克隆经一段时间后显现出来。经过一系列的实验对这24个因子进行不同的排列组合和删除实验，他最终必要的关键基因确定为四个，并命名为Yamanaka因子(Takahashi and Yamanaka, 2006)精心的试验设计和无数辛勤的工作终于有了巨大的回报！

在他原初的试验之后，有一大批人投入到诱导干细胞的研究当中，而他们之中，Yamanaka一直处于前驱的位置。Yamanaka已经证明在不加入具有潜在致癌性的c-Myc基因的情况先也能够产生诱导干细胞(Nakagawa et al., 2008)，诱导干细胞可以用胃上皮细胞和肝细胞来获得(Aoi et al., 2008)，用包含四个因子的多顺反子质粒来反复多次瞬时转染细胞也可以获得诱导干细胞，不过产生效率非常低(Okita et al., 2008)。他已经成为日本诱导干细胞研究领域的权威，现在主持着日本京都大学诱导干细胞研究与应用中心的工作(CiRA)，并在格莱斯顿研究所（Gladstone Institute)兼职。

尽管诱导干细胞的研究已经非常普及且我们也已经有了一个大体的认识，但在将人诱导干细胞用于任何直接的疾病治疗之前，我们还有许多不确定的和无法回答的问题等待着被揭示。由于担心使用逆转录病毒进行基因整合可能会在基因组上引入突变以及使癌基因激活，因而人们通过多种尝试来寻求避免使用逆转录病毒转入基因获得重编程的方法，包括使用在稍后的发育过程中可以从基因组中切除的转座子载体，或者使用小分子蛋白代替转基因的方法。然而我们更关心的仍然是诱导干细胞本身是不是更倾向于形成肿瘤。在最初的联合因子中包含原癌基因c-Myc时明显增强了细胞重编程的效率，但在最初的小鼠实验中，Yamanaka就报道了由诱导干细胞产生的嵌合体中有肿瘤的形成。在不存在c-Myc因子的情况先也能成功的获得重编程，但重编程效率明显降低。从Yamanaka和其他一些研究者最近发表的一系列报道表明：Ink4a/Arf-p53肿瘤抑制通路的失活——即使是短暂的失活——也将明显的提高细胞重编程的效率。这条通路是哺乳动物中主要的抗增殖作用通路，因而它也成为主要的抗肿瘤发生通路，这也正清楚的表明了诱导多能性与肿瘤发生之间的关系。这项研究为我们真正所掌握的有关细胞重编程过程的有限的知识打了分，这让我们清楚地认识到想要用这些诱导干细胞进行安全的治疗，我们所要了解的知识比我们现在所掌握的还要多很多很多。

不过，直接用诱导干细胞进行干细胞依赖的治疗并不是这项发现让我们如此激动的最主要的原因。生产人的诱导干细胞直接开辟了一条有效地从携带多种疾病的个体身上获取细胞以用来培养出疾病特异性干细胞的可能途径。诱导多能干细胞株系的生物种系银行已经在许多研究中心开始筹建，所有关于疾病机制研究的新计划，药物毒理学研究及药物开发等可用的细胞株正在培养当中。在Yamanaka发现诱导多能干细胞后的这么短的时间内就获得了拉斯克大奖，这足以证明这项成果对于未来人类生物学研究和人类疾病治疗方面所具有的巨大的发展潜力。同时他的发现也从整体观念上改变了人们对发育过程的相对不可逆的认识。如果成体细胞可以在其被加入四个转录因子后能被送回到多能细胞的状态，那么难道对于治疗有重要作用的定向分化的成体细胞就不能回到其多能阶段？且他们在体内可能能够更好的推动机体的内源性修复。在这个方向上人们已经走出了第一步：最近发表的一篇论文称使用腺病毒载体将三个转录因子转导入活的动物体内可以推动外分泌胰腺细胞向内分泌胰腺细胞的转变(Zhou et al., 2008)。这是从逻辑上对Gurdon的第一个发现的发展——一个成体细胞核在核移植后仍然保持全能性——显然并不限制未来发育中的重新编程。继续对核移植后细胞核的重编程的机制进行研究将告诉我们如何通过直接的细胞重编程来改变成体细胞的命运，并进一步提升我们改造细胞的能力。

5. A Genome-wide RNAi Screen for Modifiers of the Circadian Clock in Human Cells

很多人都知道，我们每个人体内的生物钟可以帮助调节机体的多种生物反应，但据宾夕法尼亚大学医学院的研究人员发现，这二者之间可以相互影响——许多常见的生物学过程，如胰岛素代谢等，也能反过来调节人体内的生物钟。

这篇研究报告发表在本周的Cell杂志上，或许能够给医生提供某些启示：可以利用某些小分子抑制或刺激生物过程，以此来影响生物钟。

研究人员利用全基因组筛选，发现在控制生理周期长短的几百个基因中，减少任何一个基因的表达都会使生理周期发生重大的改变。这些生物钟相关的基因也参与到多种生物过程中，而且在胰岛素代谢，叶酸代谢以及细胞周期中，也有大量的生物钟相关基因，这表明这些过程与生物钟有密切的关系。

由于生物学过程可能对生物钟产生反馈调节，研究人员Hogenesch想到了某些观点。比如，细胞分裂过程需要大量的能量，但当能量需求不足条件下，细胞自身必然会暂缓该过程，暂缓也许是当机体生物钟面对资源短缺时，细胞进化的一种策略。”

Hogenesch强调，虽然这项实验表明，生物过程和个体细胞生物钟之间有一个反馈系统，但该试验是在培养条件下进行的，因此还需进一步实验证实这种生物反馈系统在生物体中也同样存在。

6. Molecular Biology Select

7. CHL1 Functions as a Nitrate Sensor in Plants

8. Estrogen Masculinizes Neural Pathways and Sex-Specific Behaviors

9. Phosphorylation of the Human MicroRNA-Generating Complex Mediates MAPK/Erk Signaling

来自德州大学西南医学中心生物化学系，北京生命科学研究所的研究人员在miRNA研究方面又获得了一项新的成果，揭示了MAPK/Erk信号途径在miRNA调控中的作用，这一研究成果公布在最新一期的Cell杂志上。

领导这一研究的是毕业于武汉大学的青年助理教授刘清华（qinghua Liu，生物通译），刘清华目前在德州大学西南医学中心生物化学系任助理教授一职。参与研究的北京生命科学研究所研究人员包括陈涉博士等。

今年8月，刘博士研究组还发表了一篇RNAi效率研究方面的研究成果：C3PO, an Endoribonuclease That Promotes RNAi by Facilitating RISC Activation，公布在Science杂志上。

在这篇文章中，刘等人重新构建了长双链RNA和双链体siRNA，通过果蝇Dicer-2，R2D2和Ago2蛋白促进RISC发挥活性。研究小组构建的这个促进RISC的调节因子名为C3PO，由Translin和Trax组成的复合物，是Mg2+离子依赖性的核糖核酸内切酶，它通过清除siRNA切割mRNA的残留物来提高RISC的效。这些研究结果表明，C3PO是一类可在体外试验中提高RNAi效率的RNAi重组系统蛋白。

在最新的Cell文章中，研究人员在之前研究的基础上，发现MAPK/Erk蛋白激酶能介导TRBP的磷酸化，而这种磷酸化在miRNA的生成过程中能起到稳定miRNA复合物的作用。

通过进一步的实验，研究人员还发现对MAPK/Erk施用药物抑制作用会导致miRNA的生长受限，这些研究成果说明MAPK/Erk信号途径调控了miRNA作用，从而揭示出一条规则：信号系统能通过靶定miRNA途径完成生物应答。

10. The Exosome Regulates Circadian Gene Expression in a Posttranscriptional Negative Feedback Loop

德克萨斯大学西南医学中心生理系刘一教授继5月14日在《Nature》杂志上发表封面文章以来，再度在最新一期的《Cell》杂志上发表生物昼夜节律分子机理研究成果文章The Exosome Regulates Circadian Gene Expression in a Posttranscriptional Negative Feedback Loop。
目前，刘一任德克萨斯大学西南医学中心生理系教授，他的实验室主要从事生物昼夜节律分子机理与RNAi两方面的研究。
本次，刘一老师的新文章主要是在生物昼夜节律方面取得新的进展。真核生物通的昼夜节律调节器包含自动调整负调节反馈回路。然而，科学家们对转录后的RNA对昼夜调节的作用却知之甚少。

刘一研究组以脉孢菌为模型，发现负反馈回路，FRQ和来自FFC复合物的FRH共同抑制frq的转录。研究发现FFC结合在frq RNA是上，与外核体相互协调共同调控frq RNA的衰退。结果，当FRQ低水平时，frq RNA粗略的控制生物昼夜节律。如果frq RNA水平降低，RRP44被沉默会导致昼夜节律功能受损。

此外，研究发现rrp44是个节律控制基因，它的基因表达产物直接作用于WHITE COLLAR复合物，RRP44通过表达ccgs来控制节律。这些实验表明，FFC和外核体是组成转录后负调控反馈环路的组成部分。

（生物通：万纹）