Nature子刊：创新iPS细胞诱导技术

　　

生物通报道  来自中国的研究人员近日报道称通过按严格的时间表达重编程因子，他们调控了干细胞的生成。在发表于《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上的新研究论文中，他们证实通过控制转化因子的导入顺序，可以优化细胞重编程的效率，以及干细胞的产量，并在理论上探索了这一情况背后的潜在机制。

2006年，日本的研究人员避开对卵母细胞或其他胚胎干细胞的需求，将皮肤细胞有效重编程为干细胞。通过表达4个转录因子：Oct4、Sox2、KLF4和c-Myc，他们生成了能够转化任何细胞类型的干细胞（至少在理论上）。然而不幸的是，不仅存活干细胞的总产率低，抽提的这些“恢复青春活力”的细胞也不适合用于随后的患者治疗。问题在于，即便获得的移植干细胞是来自于患者自身的皮肤，仍然存在免疫排斥或肿瘤形成。这种失衡是由于这些年轻细胞内蛋白亚型表达“不协调”引起免疫系统混乱所致。

通过在不同的时间诱导表达4个转化因子，中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿和郑辉课题组的研究人员最终找到了最佳的顺序。简而言之，研究人员最先导入了Oct4和Klf4组合，随后是c-Myc，最后为Sox2，从而获得了最高的产量。他们惊讶地发现，这种顺序性方案激活了一种上皮间质（EMT）转化，随后发生了延迟的间质上皮（MET）逆向转化。有一段时间，人所共知，小鼠成纤维细胞一开始必须通过间质上皮转化才能重编程为多能干细胞。因此，发现与EMT相关的蛋白SLUG和N-cadherin上调，让研究人员颇感到意外。

在胚胎发育过程中，随着基本身体图式（body plan）的建立，细胞在上皮表型和间质表型之间互换。处于上皮状态时，细胞具有内在极性，表现出选择性粘附，而在间质状态，细胞丧失这些特性，变得具有迁移性和侵袭性。每次当细胞处于任何一种状态时，它们会表达部分重叠的各种状态指示因子，但它们的遗传表达次序从来不会完全相同。

作者们还观察发现了一些其他的因子，或许有助于解释在这一顺序方案中出现的短暂的间质状态。研究人员发现早期将TGF-β添加到刺激因子表达方案中，他们能够模拟出间质状态，并且随后重编程产率增高，而采用12天TGF-β处理方案则看不到这一效应。

研究人员猜测在上皮与间质状态之间转化尽管存在多种信号通路，有一些或许相比于其他更短或更容易到达。他们认为他们的新方案，打破了平衡促使细胞朝着短暂的间充质状态转变，这对于最终提高干细胞产量至关重要。

（生物通：瑄瑄）

生物通推荐原文摘要：

Sequential introduction of reprogramming factors reveals a time-sensitive requirement for individual factors and a sequential EMT–MET mechanism for optimal reprogramming

Present practices for reprogramming somatic cells to induced pluripotent stem cells involve simultaneous introduction of reprogramming factors. Here we report that a sequential introduction protocol (Oct4–Klf4 first, then c-Myc and finally Sox2) outperforms the simultaneous one. Surprisingly, the sequential protocol activates an early epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) as indicated by the upregulation of Slug and N-cadherin followed by a delayed mesenchymal-to-epithelial transition (MET). An early EMT induced by 1.5-day TGF-β treatment enhances reprogramming with the simultaneous protocol, whereas 12-day treatment blocks reprogramming. Consistent results were obtained when the TGF-β antagonist Repsox was applied in the sequential protocol. These results reveal a time-sensitive role of individual factors for optimal reprogramming and a sequential EMT–MET mechanism at the start of reprogramming. Our studies provide a rationale for further optimizing reprogramming, and introduce the concept of a sequential EMT–MET mechanism for cell fate decision that should be investigated further in other systems, both in vitro and in vivo.