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中科院科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)“返老還童”密碼

2018-04-10 來源:OFweek醫(yī)療科技網(wǎng)  標簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院(下稱中科院廣州生物院)研究院裴端卿及其團隊,經(jīng)過5年時間,研究通過化學(xué)方式,誘導(dǎo)細胞回到年輕狀態(tài)的方法。

研究者正向細胞中加入“魔法藥水”。所謂“魔法藥水”,正是通過藥物來精準調(diào)節(jié)細胞染色質(zhì)“密碼串”上的狀態(tài)。

尋找實現(xiàn)“返老還童”的途徑,幾乎貫穿整個人類歷史。當代生物學(xué)研究者的實驗室里,這一夢想或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實。
 
中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院(下稱中科院廣州生物院)研究院裴端卿及其團隊,經(jīng)過5年時間,研究通過化學(xué)方式,誘導(dǎo)細胞回到年輕狀態(tài)的方法。實驗中,通過制備“魔法藥水”,給實驗細胞“洗澡”,改變其化學(xué)結(jié)構(gòu),就能控制細胞命運轉(zhuǎn)變方向。
 
生物學(xué)界認為,裴端卿的研究雖仍在實驗階段,但具有重要的現(xiàn)實意義。目前,相關(guān)研究成果論文已經(jīng)在國際細胞學(xué)核心期刊發(fā)表。
 
技術(shù)手段逆回至干細胞狀態(tài)
 
在中科院廣州生物院的研究團隊看來,要尋找實現(xiàn)“返老還童”,首先需要明確人類衰老的原因,以及內(nèi)在原理。
 
根據(jù)裴端卿的說法,人體所有的細胞,都是由干細胞發(fā)育而來。目前的研究認為,人體的生理性衰老,是由包括干細胞衰退、DNA退化、衰老基因活躍等綜合影響的結(jié)果。
 
由于干細胞具有無限增殖和多向分化能力,充滿生機和可塑性,在裴端卿團隊看來,干細胞無異于“初生的嬰兒”。在此基礎(chǔ)上,如果能夠?qū)⒏鞣N細胞,通過技術(shù)手段逆轉(zhuǎn)回到類似于干細胞的狀態(tài),變成“誘導(dǎo)多能干細胞(iPScell)”,則可實現(xiàn)生理上的“返老還童”。
 
裴端卿介紹,除此之外,誘導(dǎo)多能干細胞,可以用于再生新的組織和器官,為疾病治療和再生醫(yī)學(xué)提供“種子”細胞來源。
 
實際上,在此之前,國際生物學(xué)界曾在這條道路上進行探索。2012年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎得主,日本生物學(xué)家山中伸彌,曾于2006年帶領(lǐng)研究團隊,發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)小鼠細胞“變身”為胚胎干細胞的方法。
 
中科院廣州生物院介紹,山中伸彌的方法,是通過病毒載體將4個基因?qū)胄∈蟮某审w細胞,進而使之轉(zhuǎn)變?yōu)榕咛ジ杉毎?。此方法得到的干細胞,可以避免免疫排斥問題,用以制備自體來源的各種組織和器官,被業(yè)界稱為“山中伸彌方法”,導(dǎo)入的4個基因,則被稱為“山中伸彌因子”。
 
不過,“山中伸彌方法”利用病毒載體進行基因運送,具有潛在致癌隱患,臨床應(yīng)用或有風(fēng)險。此后,學(xué)界利用化學(xué)小分子替代“山中伸彌因子”,但依然存在步驟多、時間長、效率低、機理不清楚等缺點。
 
通過“魔法藥水”給細胞“洗澡”
 
面對“山中伸彌方法”的不足,在前人研究基礎(chǔ)上,2013年起,中科院廣州生物院裴端卿團隊,開始嘗試新的解決方法。
 
裴端卿介紹,成體細胞之所以無法回到干細胞狀態(tài),是因為被轉(zhuǎn)錄因子鎖住,如果沒有密碼,則無法前行。例如,開放染色質(zhì)位點周圍有AP-1及ETS等轉(zhuǎn)錄因子守??;在胚胎干細胞中,則有OCT,SOX和KLF等轉(zhuǎn)錄因子守住。
 
“實際上,細胞的‘返老還童’,就是開放到關(guān)閉,關(guān)閉再到開放的更替過程。”裴端卿說,通過進一步對單個小分子藥物“解鎖”密碼的機制進行研究,團隊成員發(fā)現(xiàn),關(guān)鍵小分子Brdu,可以直接作用于DNA結(jié)構(gòu)本身,進而調(diào)節(jié)染色質(zhì)密碼狀態(tài)。
 
“Brdu是一個簡單的核苷類似物,可以推動細胞命運的逆轉(zhuǎn),為開發(fā)更加高效、簡單地用于細胞‘返老還童’的小分子提供突破口。”裴端卿說。
 
這不是裴端卿及其團隊第一次發(fā)現(xiàn)這樣的“關(guān)鍵小分子”。早在2009年,裴端卿實驗室證實維生素C可提高細胞命運逆轉(zhuǎn)效率,從原來的萬分之一提高到10%,從而抵抗衰老。這一實驗成果被選為封面文章,刊登在《Cellstemcell》雜志,這是來自中國的相關(guān)科研成果第一次獲此殊榮。此外,裴端卿團隊有關(guān)尿液轉(zhuǎn)化效率的研究成果,也被Nature官網(wǎng)作為頭條新聞,被廣泛傳播。
 
5年的研究,裴端卿團隊通過化學(xué)方法制備干細胞,為優(yōu)化制備途徑提出新的視角和解決方案。裴端卿說,這種化學(xué)方法,可以理解為制備一套“魔法藥水”,為細胞“洗澡”。經(jīng)過這一過程后,多種體細胞類型便能變成干細胞。
 
解鎖細胞命運“密碼”
 
裴端卿的制備方法,被稱為“化合物誘導(dǎo)干細胞多能性”,英文簡稱CIP。這一方案,需要用兩種不同的“藥水”依次給細胞“洗澡”,相比較前人采用的方案,更加簡單、高效,所需的初始細胞量更加少。更重要的是,這一方法可以實現(xiàn)多種體細胞類型“返老還童”,包括在體外極難培養(yǎng)的肝細胞。
 
“魔法藥水”如何讓成體細胞回到胚胎發(fā)育早期的干細胞狀態(tài)?裴端卿介紹,在個體中,所有的細胞都擁有同樣的染色質(zhì),之所以會形成形態(tài)各異、功能不同的各種細胞,是因為細胞在發(fā)生可識別的形態(tài)變化之前,就因受到約束,而向特定方向分化。這種約束,決定細胞未來的發(fā)育結(jié)果。
 
裴端卿團隊研究發(fā)現(xiàn),這種約束細胞形態(tài)變化的“指令”,來自于細胞核內(nèi)部的染色質(zhì)狀態(tài)。細胞染色質(zhì)的開放與關(guān)閉,構(gòu)成決定細胞命運的狀態(tài),“這種情況,就猶如計算機二進制的‘密碼串’,進而將細胞‘鎖’在特定狀態(tài)。”
 
所謂“魔法藥水”,正是通過藥物來精準調(diào)節(jié)細胞染色質(zhì)“密碼串”上的狀態(tài)。在過程上,首先采用一組藥物將體細胞命運狀態(tài)“解鎖”,進而采用另一組藥物,將細胞命運驅(qū)動到多能干細胞狀態(tài),進而實現(xiàn)細胞的“返老還童”。
 
“由于沒有引入外源基因,這一方法操作簡便、誘導(dǎo)過程條件均勻、所有成分明確、標準化,將為干細胞應(yīng)用提供安全、高效的制備方法”,裴端卿說,新的制備方法,將具有廣闊的市場應(yīng)用前景。與此同時,還將為開辟藥物誘導(dǎo)細胞命運轉(zhuǎn)變提供新方向,“推動干細胞及再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展,服務(wù)于我國的醫(yī)療與衛(wèi)生事業(yè)”。
 
專家:廣泛應(yīng)用后具有重要意義
 
多名生物學(xué)專家指出,盡管裴端卿團隊的研究,目前仍在實驗室階段,距離實際應(yīng)用尚有距離,但仍然具有重要意義。
 
中科院上海藥物研究所研究員、國家新藥篩選中心副主任謝欣針對裴端卿的方法評論說,這一研究方法,與常規(guī)的誘導(dǎo)方法有顯著區(qū)別,即藥物小分子直接整合入DNA,重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu),從而改變基因表達,“這是一個全新的機制”。除此之外,裴端卿的極大提高誘導(dǎo)的效率,使化學(xué)誘導(dǎo)有望成為誘導(dǎo)多能干細胞的常規(guī)方法。
 
謝欣說,“魔法藥水”的研究機制,可以指導(dǎo)后續(xù)研究者有目標地設(shè)計化合物小分子,來改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu),從而更加優(yōu)化誘導(dǎo)體系,廣泛應(yīng)用后,將“使我國在這一領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先的地位”。
 
新京報記者從中科院廣州生物院獲悉,目前,相關(guān)成果已經(jīng)于2018年4月6日零時,在線發(fā)表在國際干細胞權(quán)威雜志CellStemCell(細胞·干細胞)上。
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