关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们屡获殊荣的新闻报道，以支持我们。 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
继 2007 年发现将人类皮肤细胞转化为干细胞的方法这一令人兴奋的发现之后，随之而来的是真正尝试制造足够数量的这些诱导多能干 (iPS) 细胞* 的挫败感。这个过程的效率非常低，科学家通常只从人类皮肤或成纤维细胞样本中获得 0.01% 的细胞，在用用于诱导多能性的逆转录病毒感染成纤维细胞后，形成 iPS 细胞群落。“三年前我们几乎放弃了，”中国广州广州生物医药与健康研究院院长、教授裴端卿博士说。
但中国科学院裴的研究小组坚持不懈，现在发现一种简单的化学物质可以大大促进 iPS 细胞的转化。通过在人类皮肤细胞生长的培养基中添加维生素 C，研究人员成功地将 1% 到 2% 的细胞（相比之下，只有 0.01%）转化为 iPS 细胞群落。“一旦你达到了个位数频率，那就不再是罕见事件了，”裴说。他认为，这种产量可以让科学家最终研究细胞在发生转化时内部发生的情况。该研究结果于 12 月 24 日发表在《细胞干细胞》杂志上。
最终目标是通过用更安全的蛋白质和化学物质（包括维生素 C）的混合物替换可能危险的逆转录病毒，使 iPS 细胞成为有效的治疗选择。
裴的研究小组确定维生素 C 的有益作用的途径始于意识到诱导细胞变得多能的因素正在导致细胞产生被称为活性氧（ROS）的自由基。“高水平的 ROS 对成纤维细胞绝对非常不利，”裴说，因为它会以更快的速度诱导细胞死亡。
为了提高细胞的存活率及其成为 iPS 细胞的可能性，裴的研究团队测试了各种具有抗氧化特性的化学物质。研究人员从已显示以高于人类成纤维细胞的频率恢复为 iPS 细胞的小鼠胚胎的成纤维细胞开始。首先，他们用逆转录病毒感染细胞，从而触发细胞中四种胚胎细胞特异性基因的表达。然后，他们让细胞生长，无论是否添加维生素 C。
十天后，当细胞通常开始被重编程为 iPS 细胞时，裴的研究小组发现，含有维生素 C的培养皿中的存活小鼠细胞比没有维生素 C 的培养皿中的细胞多 30%，这表明维生素有助于细胞存活。解释这种提高的存活率的一种可能机制是，暴露于抗坏血酸的细胞的肿瘤抑制蛋白 p53 的水平较低，而 p53 会引发细胞死亡。
令人惊讶的是，研究人员发现维生素 C 不仅有助于细胞存活，而且还将它们向多能性的发展提高了一个数量级。14 天后，当细胞开始完全多能时，与没有维生素 C 的培养基中仅有 0.1% 到 0.2% 的细胞群落相比，在有维生素 C 的培养基中生长的 10% 到 20% 的小鼠细胞表达了与多能性相关的基因。该小组在人类成纤维细胞重编程中也看到了类似的改进，从没有维生素 C 的 0.01% 提高到有维生素 C 的 1%。当测试其他抗氧化剂时，没有一种能够促进多能性的发展。
裴认为，抗坏血酸通过其抗氧化特性以及一种尚未知的机制，正在刺激小鼠和人类细胞多能性的诱导。他说，ROS 过多，重编程“机器”就不会启动。但是，一旦 ROS 减少，机器就会启动，而维生素 C 可以使其更顺畅地运行。“如果你的 ROS 过多，整个[重编程]机器就不会移动，但是一旦你[减少] ROS，我认为维生素 C 会做一些[其他]事情来使机器更顺畅地移动，”他说。
哈佛医学院分子神经生物学实验室主任金光洙说：“总的来说，我认为这是一个相当大的进步。”金开发了一种通过将诱导多能性的四种蛋白质直接输送到细胞中来提高 iPS 细胞安全性的系统。由于它避免了将其基因组整合到细胞染色体中的逆转录病毒，因此他的系统携带的潜在致癌突变风险较低。但是效率很低——只有病毒法的 1% 到 10%——而且速度慢得多。“我们需要一种不同的方法，”他说。
这种方法可能是将四种诱导多能性的蛋白质添加到细胞中，以启动重编程“机器”，然后通过包括维生素 C在内的化学物质组合来提高效率。裴目前正在尝试优化细胞生长的培养基。尽管他怀疑其他任何抗氧化剂都会产生与抗坏血酸相同的效果，但裴认为某些生长因子可以进一步改善培养条件。事实上，他的小组发现将维生素 C 与有助于诱导多能性的丙戊酸结合使用，可以将人类成纤维细胞的转化效率从 1% 提高到 6%。
这种效率水平足以推动 iPS 细胞的研究。“我们不需要生成 50% 的细胞……只要我们能够可重复地生成足够数量的 iPS 细胞系，”金说，并补充说 1% 的转化效率可能就足够了。
金说，最终，研究人员必须将 iPS 细胞分化成某些细胞类型，他自己已经将更有争议的胚胎干细胞分化成神经元，以尝试治疗帕金森病。
但是，金指出，首先，应该对这些维生素 C 诱导的多能细胞进行几项研究。一个可能的问题是，维生素 C 会导致细胞表达较低水平的 p53，这对于DNA 损伤的修复很重要。尽管裴的研究小组在用维生素 C 生长的细胞中没有发现任何染色体异常，但金表示需要更高分辨率的分析来确保没有突变。
由于裴的方法的产量相对较高，因此应该可以进行这些分析和其他 iPS 细胞的研究。现在，研究人员可能能够生成足够的细胞来研究 iPS 细胞的机制，并提高其安全性和有效性。“这是全球性的努力，旨在提高效率，使科学界的参与更加广泛，”裴说。
*注（2009 年 12 月 29 日）：此句子在发表后进行了编辑，以更正第一个人类 iPS 细胞的年份。