新年新突破：日本研究者發現製備多能幹細胞的新方式

Calo 今天18:00從肌肉收縮到神經傳導，哺乳動物的細胞特化使個體得以行使各種不同的功能。正如專註於某一特定工作的行家很少轉行，從一個已分化的細胞類型向另一類型轉變的過程也是非常罕見的。然而最近，日本理化學研究所發育生物學實驗室的小保方晴子（Obokata Haruko）和同事發現，將從新生小鼠身上分離的細胞暴露在弱酸性的環境中，能夠使細胞恢復到未分化狀態，並使其具備分化成任何細胞類型的潛能。小保方晴子團隊的兩項研究成果都發表在《自然》上。

小保方晴子在實驗室。圖片來源：apital.asahi.com之前的研究表明，細胞類型的轉換能夠利用「細胞重編程」實現——通過在特定條件下引入某些轉錄因子，研究者可以改變細胞的特化程度。2006年，日本的山中伸彌團隊通過調控4種轉錄因子獲得了誘導性多能幹細胞（iPSCs）。山中伸彌因此獲頒2012年諾貝爾生理學獎，全球的幹細胞研究也開始步入新的時代。2013年，加州大學舊金山分校的丁盛團隊發現了化學誘導多能幹細胞（CiPSCs）。而現在，小保方晴子和同事向世人宣布，純物理刺激也許已足以實現細胞類型的轉變。小保方晴子和同事通過熒光蛋白監測細胞的多能性，如果目標細胞展現出與多能性相關的基因表達，他們就可以檢測到綠色熒光。研究者對不同環境壓迫條件下的白細胞進行了檢測，發現短期暴露在低pH溶液中的白細胞，有部分激活了多能性標記。研究者將這些細胞收集起來，發現它們具備早期胚胎的基因標記——他們將這種現象稱之為「刺激觸發的多能性獲得」（STAP）。

環境脅迫（pH5.7溶液處理約30分鐘）使淋巴細胞開始表達多能性基因標記（Oct4）。左：對照組淋巴細胞；右：STAP細胞。圖片來源：小保方晴子研究者將STAP細胞注射入小鼠胚胎，結果獲得了嵌合體小鼠——小鼠的細胞既有由胚胎分化出來的部分，也有從STAP分化出來的部分——嵌合體反映出STAP具有細胞多能性，而這原本被認為是胚胎幹細胞和iPSCs所特有的性質。與上述兩種幹細胞不同，STAP細胞幾乎不具備自我更新能力，只能存活幾天。不過，當把STAP細胞轉移到用於培養多能幹細胞的培養基中後，研究者觀察到了STAP細胞的增殖，並發現細胞呈現出胚胎幹細胞的結構特徵與基因表達模式。研究者將以這種方式製備的能夠自我更新的STAP細胞稱為STAP幹細胞。STAP細胞除了形成胚胎之外，也能夠形成滋養細胞，並進一步發育成胎盤——分化成胚外組織的潛能在胚胎幹細胞和iPSC中都是很少見的。這意味著，STAP細胞所具有的發育潛能異常廣闊。用培養滋養層幹細胞的培養基培養STAP細胞，同樣能使STAP細胞增殖，並引導它們向類似滋養層幹細胞的方向分化。研究者指出，STAP細胞可能代表著胚外組織細胞系與胚胎細胞系分離前的細胞狀態，也可能是具有向胚胎或胚外組織分化趨勢的兩類細胞的集合體，或者就是一種人為造就的不定向細胞類型。

完全由STAP細胞發育而來的小鼠胚胎。可見小鼠的心臟跳動。視頻來源：小保方晴子儘管目前小保方晴子和同事們只成功使用新生小鼠的不同組織獲得過STAP細胞，成體細胞乃至其他物種的細胞是否也能通過類似的方法製備STAP細胞還有待驗證。但無論如何，純物理刺激能夠使已經分化的細胞恢復到多能狀態這一現象的發現，對致力於以更簡便方式製備病患特異性幹細胞的研究者而言，無疑是一大振奮人心的喜訊。信息來源：Nature文章題圖：the-japan-news.com
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