2007年,科学家发现了一种将人类成体细胞转化为干细胞的新技术,这一突破令人振奋。然而,在将该技术实用化的过程中,研究人员屡遭挫折:在制造诱导多能干细胞(iPS细胞)时,通常只有0.01%的人体成纤维细胞(皮肤细胞)能够成功转化。
中国科学院广州生物医药与健康研究院的裴端卿团队发现,一种常见维生素——维生素C,能将转化效率提升100倍。研究人员通常利用病毒将特定基因或蛋白质导入成体细胞,触发其向iPS细胞转变。一旦获得多能性,这些细胞就能分化为身体中任何类型的细胞,为修复受损器官和治疗疾病带来希望。然而,更高效的制备方法仍是该领域的关键挑战。裴端卿表示:“提升细胞的转化率和实用性,让更多科学界同仁参与这些细胞的研究,需要全世界的共同努力。”
裴端卿团队意识到,诱导细胞多能化的因素会导致细胞产生活性氧(ROS)自由基,这成为研究的起点。“高浓度的活性氧对成纤维细胞非常不利,”裴端卿说,因为它会加速细胞死亡。为了对抗活性氧,团队在细胞培养基中添加了各种抗氧化剂。通过小鼠细胞实验,他们发现添加维生素C的培养皿中存活细胞比对照组多30%,表明维生素C能有效抵御细胞衰老。
更令人惊讶的是,维生素C不仅提高细胞存活率,还显著促进多能化转变。14天后,当细胞完成转变并具备完整多能性时,添加维生素C的小鼠细胞中有10%~20%表达了多能性相关基因,而未添加的对照组仅为0.1%~0.2%。在人类成纤维细胞的重编程实验中,维生素C将转化率从0.01%提升至1%。
该研究成果于2009年12月24日发表在《细胞·干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上。团队还测试了其他抗氧化剂,但无一能像维生素C那样显著促进多能化进程。裴端卿认为,维生素C的作用机制可能不仅限于抗氧化,还有其他未知途径。此外,初步分析表明,添加维生素C不会引起细胞负面变化。
哈佛大学医学院分子神经生物学实验室主任金光洙(Kwang-Soo Kim)评价道:“总的来说,我认为这项进展令人印象深刻。”尽管1%的比例看似不高,但已足以推动该领域的跨越式发展。“我们没必要将转化率提高到50%,”金光洙说,“只要每次都能产生足够数量的iPS细胞系即可。”