細胞轉行術

細胞轉行術

社會生活中常見的“轉行”,在生命細胞的世界裡很有可能也行得通。這意味著,有朝一日,當人體器官或組織出現這樣那樣的故障時,我們不用再為找不到器官移植的供源而犯愁,也可以繞過細胞的“時空逆轉魔術”(讓已完成分化、各具功能的體細胞,回到未分化前的多能幹細胞階段,再定向分化為人體需要的某類功能細胞),直接在皮膚、血液、神經、肝臟等各類功能細胞之間實現“轉行”。中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所的惠利健研究小組,便設計發明了這樣一套精妙的“細胞轉行術”,在國際上首次將皮膚纖維細胞轉化為肝臟細胞。國際頂尖學術期刊《自然》(Nature)昨天線上發表了這一重大研究成果。這也是科學家首次證明肝臟以外的體細胞可以被誘導直接轉化為肝臟細胞,且證明被直接轉化的細胞具有體內功能。

簡介

幹細胞幹細胞

惠利健研究員領銜的年輕科研團隊,在抑制細胞衰老機制的前提條件下,轉入3個轉錄因子,成功將小鼠尾巴上的皮膚成纖維細胞轉化成了肝臟細胞。從形態上來看,這種名為IHEP的細胞,和體內肝臟細胞長得很像。在體外功能實驗中,“轉行”後的iHep細胞也證實了自己具有和“原版”肝臟細胞一樣的功能:如糖元、脂質和血蛋白的合成,藥物代謝等。進一步的動物實驗,在王欣研究組的協助下進行。有一種模擬人類酪氨酸代謝缺陷疾病的“肝衰竭小鼠”,若不服用相關藥物,6周內就會死亡。被移植入iHep細胞後,小鼠的肝臟得以重建,小鼠的總膽紅素、轉氨酶、酪氨酸等肝功能指標均出現明顯好轉,起死回生。
《自然》雜誌的編委和評審專家高度評價此項工作的開創性意義。這一工作得到了國家科技部、國家自然科學基金委、中國科學院的經費支持。第二軍醫大學細胞生物學教研室參與了部分工作。接下來,研究組人員將最佳化誘導轉化的過程,並為人體實驗做前期準備。

前景

“緊急招募肝臟細胞!”誰有資格應聘?除了原代肝細胞、胚胎幹細胞、誘導多能幹細胞,皮膚細胞說:“我也有資格!”2011年5月12日,國際著名學術期刊《自然》刊發中科院上海生科院生化與細胞所惠利健研究員及其合作者的最新發現:他們在國際上首次獲得了由皮膚細胞直接轉化的肝臟細胞,並在一定程度上行使了肝臟細胞的功能。
病毒性肝炎、肝硬化、肝癌……最新調查顯示,我國罹患與肝臟相關疾病的人口占總人口的10%,直接醫療費用高達數千億元。而肝臟移植則是許多肝病患者最後的“救命稻草”。異體移植儘管成功率很高,但無論移植的是肝臟還是肝臟細胞,都可能存在免疫排斥。
能讓自己身體上的細胞“轉行”嗎?科學家嘗試了很多道路:胚胎幹細胞可以分化成肝臟細胞,但細胞來源有限,難以獲得;誘導多能幹細胞(iPS)能把體細胞先變成幹細胞,再分化成肝臟細胞,可惜在“轉化工人”中,有一個是致癌基因,一不小心,細胞就可能“轉行”成了癌細胞。
還有更便捷的途徑嗎?研究人員發現,雖然看起來“隔行如隔山”,但如果找對了門道,皮膚細胞還真能一步到位,承擔起肝臟細胞的任務。惠利健介紹,他們取下小鼠尾巴的皮膚成纖維細胞,抑制住一個細胞衰老相關基因,再派入三個“改造工人”(轉錄因子)——經過一周左右時間培養,原本纖長的皮膚成纖維細胞的模樣變了,方正敦實得與肝臟細胞像一個模子裡刻出來的。
惠利健說,從皮膚細胞轉化而來的肝臟細胞具有體內功能,著實令他們興奮。“以前,科學家也成功把皮膚細胞轉化成神經元、心肌、血細胞,可惜這些細胞尚未能在體內真正發揮作用。”他說,“而這次的‘轉行’肝細胞,具備了原代肝細胞的主要本領,如合成糖原、脂質、白蛋白,以及解毒功能。”實驗證明,把這些“轉行”細胞注入肝功能衰竭的小鼠體內,八周后,有近50%的小鼠成活了下來,肝功能指標也明顯好轉。
不過,相對於原代肝臟細胞移植接近100%的小鼠成活率,“轉行”肝細胞只能獲得50%的成活率,也為科學家打開了深入研究的空間——尋找更好的“改造工人”、改善“轉行”時的“培訓”環境……惠利健說,這項研究僅僅是一個開端,在提高成功率的同時,將逐步將成果推向臨床前研究。
儘管“取下一塊皮膚,得到健康肝臟”還是一個遠景,但這個成果對於製藥公司而言,卻能率先利用起來:用“轉行”肝臟細胞來進行藥物代謝和藥物毒理研究,將大大降低研發費用。同時,實驗室也可用它來研究肝臟疾病的機制。
“今後,這一方法還可能用於培養胰島細胞、血液細胞,”生化與細胞所常務副所長景乃禾及副所長朱學良顯然對這項成果感到振奮,“因為這些器官與肝臟一樣,種類單純且有一定再生功能。”作為一項新技術,其發展前景相當廣闊。

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