2006年以来，诱导多能干细胞成为干细胞领域的研究热点。诱导多能干细胞的发现有望克服干细胞治疗面临的伦理学争议和免疫排斥问题，被认为是再生医学领域最为理想的供体细胞来源。利用诱导多能性干细胞进行细胞药物研发、药物筛选将会为多种疾病的治疗提供有效的治疗方案。

　　然而，在体细胞“变身”多能干细胞研究过程中，还有大量的关键技术难题以及路障未被破解，影响到转化率。中科院广州生物医药与健康研究院在国内率先开展诱导多能干细胞研究。该院院长裴端卿领导的研究团队多年来聚焦于多能干细胞的诱导机理和诱导效率两个核心问题进行了大量工作，取得了一系列成果。他们成功破解了细胞转化过程中一个极为重要的“障碍”，揭示了体细胞“变身”多能干细胞诱导机制，构建了干细胞多能性重建起始阶段的理论框架，并发现多个新的诱导因子，发展了更高效、安全的诱导多能干细胞技术，为我国干细胞研究和再生医学的发展打下良好的基础。该研究成果在国际上引起极大的关注，并获得2014年度广东省科学技术奖一等奖。

　　寻找体细胞到多能干细胞的路障 

　　干细胞是具有自我更新能力的多潜能细胞，有再生组织器官的能力。人们希望利用人类干细胞的无限潜力来治疗疾病——用患者的干细胞培育出新器官，替换生病的器官。但过去干细胞取自胚胎，这就使科学研究受到了伦理学上的限制。

　　诱导多能干细胞技术的出现，将成体细胞经诱导转成类似胚胎干细胞，克服了干细胞治疗面临的伦理学争议和免疫排斥问题，被认为是再生医学领域最为理想的供体细胞来源。

　　2007年诺贝尔生理或医学奖颁发给了分离胚胎干细胞和基因打靶的工作，2012年则颁发给体细胞重编程的两个开拓性工作，其一是日本科学家山中伸弥2006 年发现的通过转录因子将体细胞变为诱导多能干细胞。

　　然而，最初建立的诱导多能干细胞技术体系耗时较长、效率较低，在机理上被认为是一个需要克服多重障碍的随机模型，这些障碍的特征一直知之甚少。也就是说，普通细胞逆转成诱导多能干细胞的过程成功与否，科学家需要靠运气。“如果能解开普通细胞转成到诱导多能干细胞过程中的秘密，对高效获取高质量的诱导多能干细胞，揭示细胞命运决定过程中的关键分子机制具有重要意义。”裴端卿说，看得更远一点，若技术不断发展成熟，秘密的解开还将有助于帕金森症、糖尿病等疾病的治疗。

　　据介绍，该项目的核心思路在于寻找并描述诱导多能干细胞诱导过程中的关键事件及关键路障。

　　揭示形成干细胞重编程过程的启始机制 

　　2007年，裴端卿在实验中发现，在重编程早期，细胞由成纤维状态突然变为紧密排列的上皮细胞状态，该过程与细胞的间充质-上皮转化（MET）十分相似。他大胆推测，MET是重编程早期的重要事件，也是重编程过程中的重要路标。

　　MET是什么呢？裴端卿介绍说，上皮-间充质转化（EMT）是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。EMT在胚胎发育、慢性炎症、组织重建、癌症转移和多种纤维化疾病中发挥着重要作用。MET则是EMT相反的过程。

　　科学的推测需要确凿证据和严密逻辑。裴端卿最初提出此假设时，课题组极少成员表示明白。“我当时十分着急，隐隐约约中总感觉这里面有不同寻常的科学奥秘。”他立马自己动手开始实验，并围绕这一假设和项目组一起设计了一系列精细的实验进行验证。

　　经过多次实验和反复论证，裴端卿和课题组首次阐述了重编程因子作用于MET过程的分子机制，确立了MET在重编程过程中的关键地位，并进一步发现了一系列新型的因子可以有效促进多能干细胞的诱导，有力地证明了MET在诱导多能性干细胞过程中的关键作用。该研究成果不仅揭示了体细胞“变身”多能干细胞诱导机制，且为诱导多能干细胞机理研究提供了一个优秀的理论模型。 

　　图 项目负责人裴端卿（左二）与其他成员在实验室 

　　此项研究工作成功揭示了间质-上皮细胞转换过程在诱导多能干细胞形成中的关键作用。后续国际上大量关于诱导多能干细胞的研究被证实与MET 过程直接相关，大量的引用表明了该项目系列发现的原始创新性。

　　专家指出，这一发现不仅是诱导多能干细胞机理研究的突破性里程碑，也为继续改进诱导多能干细胞技术提供了理论依据。

　　国际上率先实现用单因子诱导成功 

　　在该理论的指导下，课题组完成单因子诱导成体细胞为诱导多能干细胞的技术突破。

　　“实验过程中我们把体细胞‘变身’多能干细胞的机理阐释清楚了，并在此基础上，知道MET是一个必需的步骤。细胞的MET过程受多种转录因子、生长因子和化学小分子调控。如果诱导环境中存在EMT诱导分子，肯定会降低重编程效率，由此我们推测出血清严重阻碍效率，于是，发明了一个无血清的培养基，经过优化，最后的重编程效率从一开始的万分之一，到后面提升到10%以上，速度从一个月提升到一周。”项目组成员之一陈捷凯说。

　　“参与重编程的4个转录因子，在体细胞“变身”多能干细胞过程中扮演不同角色，有三个因子是研究比较多的干细胞调节因子，但有一个因子的功能在当时却不清楚。”陈捷凯进一步介绍，项目组采用可诱导表达系统研究了各转录因子的时间作用窗口，最终发现该因子仅需在重编程早期表达，主要功能在于促进重编程早期的MET过程。“通过建立药物筛选平台对化合物库和生长因子进行筛选，我们发现了一个新的信号BMP能有效替代此因子。进而在无血清培养体系下，通过BMP信号促进MET过程，在国际上首次采用一个重编程因子成功将小鼠成体细胞重编程为多能性干细胞的状态。”

　　由于阐明了诱导重编程的启始机制、效率，极大地优化了iPS 实验技术平台，因此项目实施后在诱导多能干细胞诱导效率和安全性等技术方面取得了一系列重要突破，并取得具有强实用性的中国发明专利授权3 项，为我国干细胞研究和再生医学的发展打下良好的基础。

　　该项目在《Cell Stem Cell》、《J Biol Chem 》等杂志上发表论文4 篇。哈佛大学侯克林格博士认为这项工作揭示了间充质—表皮细胞转换过程在诱导多能干细胞形成中的关键作用，同时也显示了重编程的研究也可启发对发育过程与癌症发生的研究。裴端卿同时透露，结合该院的药物筛选平台——Drug Discovery Pipeline，以及正在建设的GMP级别干细胞库，病人来源的iPS 细胞有望用于再生医学和药物筛选，对于药物发现和疾病发生机制的研究将有重要的应用价值。

　（原载于《广东科技》2015年3月1日）