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细胞重塑或可治疗代谢疾病

cell本意是“小房间”,成体细胞犹如一个具有特定功用的房间,房间里的器具构造决定了它是居家、办公还是商铺;而胚胎干细胞则更像是一个空房间,根据需要你可以把它改造做任何用途。

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成体细胞重编程为胚胎干细胞的过程如同把原有房间里的器具构造清空,只留下一些最基本的设施,比如水电。中国科学院广州生物医药与健康研究院裴端卿和秦宝明实验组的科研人员这样形象地阐述细胞命运变化中的细胞重塑。


5月18日,国际学术期刊《自然-细胞生物学》(Nature Cell Biology)在线发表了裴端卿和秦宝明实验组的研究成果《自噬和雷帕霉素靶蛋白复合物I(mTORC1)调控体细胞重编程的随机阶段》。研究人员发现细胞重塑是重编程早期的必须事件,它来自重编程因子关闭mTORC1,而mTORC1关闭引发的自噬激活则阻碍重编程的发生。


2006年日本科学家Shinya Yamanaka成功建立的诱导多能干细胞(iPS细胞)技术,非常简便地实现了成体细胞逆转为具有多种分化潜能的类似胚胎干细胞状态的iPS细胞,解决了一直以来极大制约人类疾病研究的取材问题,从而彻底叩开了再生医学的大门。


经过短短6年时间,2012年Yamanaka获得了诺贝尔生理学和医学奖。然而该技术距离大规模应用依然在两个主要方面——质量和安全性——存在问题,深入认识这一技术背后的科学本质是克服这些问题的前提。过去几年来的研究主要集中在细胞核内的基因表达调控上,而对细胞质中发生了哪些转变则了解甚少。


有研究发现自噬——细胞在饥饿等胁迫条件下主动降解自身细胞质组分的过程——通过降解线粒体在重编程早期发挥关键作用。


裴端卿和秦宝明实验组的研究发现,在重编程早期的随机阶段自噬被强烈激活,这来自两方面的共同作用:一方面重编程因子直接激活自噬相关基因表达,另一方面重编程因子通过关闭mTORC1间接激活自噬。


出乎意料的是,自噬的激活对重编程非但不是必须,反而起阻碍作用。重编程在自噬缺失的细胞中不仅效率更高,而且获得的iPS细胞具有正常的多能性。研究人员进一步发现,自噬与细胞重塑无关,实际上mTORC1的关闭是细胞重塑发生的关键原因,其持续开启则阻断细胞重塑、线粒体代谢转变以及重编程的发生。


这一研究不仅阐明了重编程中细胞重塑的关键作用和调节机制,而且由于自噬和mTORC1与干细胞、发育和疾病密切相关,该成果也将拓展人们对相关代谢疾病(如糖尿病、神经退行性疾病以及癌症)中细胞重塑如何影响细胞命运的认识,为寻找新的治疗手段提供有力依据。


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