山中伸弥PNAS：提高干细胞重编程效率的新方法

最近在美国国家科学院学报PNAS上发表的一项研究中，诺奖得主、首次制备了诱导多功能干细胞（iPSCs）的山中伸弥（Shinya Yamanaka）博士，和他Gladstone研究所的同事，通过对一种罕见的遗传性疾病进行研究，找到了一种方法来提高干细胞重编程的效率。

iPSCs——从皮肤细胞制备而来的干细胞，可以转化成身体中任何类型的细胞，从而彻底改变了生物医学科学。它们有助于再生医学和药物发现的突破，从而超越了研究人员曾经想到的可能性。但是，就像任何新技术一样，iPSCs也有需要改进的空间。例如，使用现有的技术，只有不到百分之一的成人皮肤细胞被重编程为iPSCs。

Gladstone研究所高级研究员、日本iPSC研究和应用中心（CiRA）主任山中伸弥说：“iPSCs的制备效率低下，是将这一技术应用于生物医学的一个主要障碍。我们的研究发现了一种令人惊讶的方式，可增加我们生成的iPSCs的数量。”

科学家们以一个非常不同的目标开始：制备一个细胞模型来研究进行性骨化性纤维发育不良（FOP）。这种极为罕见的遗传性疾病，可导致肌肉、肌腱和韧带转化成骨质，因此绰号“石人综合症”。这种疾病是由ACVR1基因中的一个突变造成的，它能过度激活一个对于胚胎发育非常重要的细胞信号过程，并涉及一个称为BMP的蛋白质。

令人惊讶的是，科学家们发现，与健康者相比，他们用来自FOP患者的细胞制备出的iPSCs细胞更多。他们认为，这是因为BMP信号可促进细胞更新——一个细胞复制的能力，并使它们保持在一个多功能的状态，能够成为任何类型的细胞。这两个特征是干细胞的关键特性。为了证实他们的预感，研究人员阻止BMP信号通路，这会导致FOP患者细胞产生更少的iPSCs。相反，激活这个信号通路可产生更多的iPSCs。

本文第一作者、山中伸弥以前的博士后Yohei Hayashi博士说：“最初，我们想建立一个FOP模型，也许可以帮助我们了解特定基因突变如何影响骨形成。我们惊奇地发现，来自FOP患者的细胞比来自健康人的细胞能够更高效地重编程。我们认为，这可能是因为导致骨细胞增殖的相同途径，也有助于干细胞再生。”

本文共同作者、Gladstone研究所高级研究员Bruce Conklin补充说：“这项研究首次表明，一个自然发生的基因突变可提高iPSC生成的效率。用携带遗传突变患者的细胞制备iPSCs不仅对疾病模型是有用的，而且也为重编程过程提供了新的见解。”

前不久，山中伸弥及其Gladstone心血管疾病研究所的科学家们用白血病抑制因子（LIF）、骨形成蛋白4（BMP4）、溶血磷脂酸（LPA）和抗坏血酸（AA）由小将小鼠始发态多能干细胞转化为原始态多能干细胞。这项研究发表在十月十四日的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。相关阅读：山中伸弥PNAS发表细胞重编程新成果。

另外，今年2月份，山中伸弥还在《Nature Reviews Molecular Cell Biology》杂志上发表综述文章，全面回顾了iPS重编程的发展历程。相关阅读：山中伸弥Nature综述：iPS重编程这十年。

推荐原文：

BMP-SMAD-ID promotes reprogramming to pluripotency by inhibiting p16/INK4A-dependent senescence, PNAS, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1603668113 
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