科学家发现细胞基因重组新方法

    美国科学家们发现了一种方法，可以在无需将成熟细胞逆转回多能干细胞状态的情况下，将老鼠体内的活体胰腺细胞转换为能生成胰岛素的ß细胞。在该研究之前，细胞基因重组有两种技术，即诱导多能干细胞（iPS）技术和人类胚胎干细胞（hES）技术，而该研究为细胞基因重组开辟了第三条道路。

    该研究是美国哈佛干细胞研究中心主任Doug Melton、哈佛大学博士后Qiao Zhou和同事们一起完成的。

    Melton和同事们似乎为干细胞研究开辟了一个全新的境界，他们已经可以将一种成熟细胞直接转换为另一种成熟细胞，该成果打开了患者活体细胞直接转换的大门。

    研究者们采用被其称为“直接细胞基因重组（direct reprogramming）”的方法，将在胰腺组织细胞中比例约占95%的外分泌腺细胞转化为所占比例很低（1%或更少）的具有胰岛素分泌功能的ß细胞。

    该成果在I型、II型糖尿病的最终治愈方面前进了一大步，终有一天糖尿病病人将不再需要一天到晚地进行血糖监测，或者依靠注射胰岛素来维持血糖稳定。但研究者也表示，实现糖尿病的最终治愈尚需时日，在该疗法能进行人体实验前仍有许多困难和障碍需要克服。

    例如，在进行多能干细胞诱导时，Melton的研究团队采用病毒来将各种转录因子导入靶细胞内部，而该方法如果应用在人体上则具有相当的危险性，因为病毒可能会不受控制而产生一些具有危险性的后果，因此，研究者们正在寻求新的方法，希望可以用某种化学物质来替代病毒。

    Melton指出“直接细胞基因重组”方法不会替代诱导多能干细胞（iPS）和人类胚胎干细胞（hES）技术，并表示他的实验室将会在使用新技术的同时也继续使用上述两种技术。

   “我们需要从多个角度来攻克难题。” Melton表示。

    这群研究者发现该新方法是有些偶然性的。通常，在使用诱导多能干细胞技术时，需要使用成百上千的转录因子来将一个成熟细胞逆转为多能干细胞。如果你很幸运，找到了一个正确的转录因子的子集组合，那么理论上来讲，你就可以省略iPS过程，而将一种成熟细胞直接转换为另一种成熟细胞。

    Melton的研究小组就幸运地找到了这样一种组合——经过两年不懈地努力尝试再加上一点点运气，他们终于在一个偶然的机会发现了三组转录因子——Ngn3, Pdx1以及MafA。在研究过程中，他们不断问自己：“究竟打开哪个基因能使其他细胞转化为ß细胞？”

    Melton对此评价道：“如果你希望对细胞进行基因重组，那么你不难发现在此过程中起到关键作用的基因是转录因子，转录因子是起正调控作用的反式作用因子，它可以告诉细胞哪个基因应该打开，哪个基因应该关闭。”

    他表示，一个干细胞在分化为一种特定的成熟细胞前要经历许多步骤，经过每一步的过程都像是通过被一把特定的锁锁住的大门，而每一把特定的锁即是一个转录因子。他和他的团队不断自问，到底哪把锁才对应ß细胞，而其答案是，有1100种转录因子都可能是那把关键的锁。最后，他们发现其中的200种是在胰腺组织的细胞中表达的，这使得他们的筛选范围缩小了不少。

    下一步是鉴别出在这200种转录因子中，哪些是专门表达在ß细胞周边的细胞中的，通过这一次筛选，范围进一步缩小到了28 种。而通过更进一步的“谱系研究”，又从28种中挑选出了9种。随后，研究者们将此9种转录因子混合后注射入胰腺组织。接下来，他们经过一个一个的排除后，发现其中有3种转录因子作用最大。

    Melton和其同事通过该实验所“制造”的胰岛细胞与真正内生的胰岛ß细胞在大小、形状和超微结构方面都毫无分别。

    研究者的结论为，“该研究为在某成熟器官中应用特定转录因子进行细胞基因重组提供了一个范例，并为成熟细胞无需先逆转回多能干细胞状态而直接进行基因重组开了先例。”