Nat Biotechnol：重磅！科學家開發新型體外重編程技術 利用抗體將皮膚樣細胞轉化成誘導多能幹細胞

日前，一項刊登在國際雜誌Nature Biotechnology上的研究報告中，來自斯克利普斯研究所的科學家通過研究發現了一種新方法能夠將普通的成年機體細胞重編程為幹細胞。研究人員對由1億個抗體組成的文庫進行篩選，發現了多個抗體能夠將成熟的皮膚樣細胞轉化成為誘導多能幹細胞（ipsCs）。

圖片來源：microbiologyspring2011.wikispaces.com

利用多種類型的成熟細胞來製造iPSCs通常涉及將四種轉錄因子基因插入到細胞中的DNA中，當將研究人員所鑒別出的抗體應用於成熟細胞中，即將抗體同細胞表面蛋白相結合後，這些抗體就能夠作為三種標準轉錄因子基因插入的替代物。研究者Kristin Baldwin教授說道，基於本文研究，我們最終就能夠在並不給細胞核中放入任何物質的前提下製造出ipsCs，也就意味著這些幹細胞攜帶的突變較少，而且整體具有優良的特性。

研究者能夠利用患者自身的細胞來製造iPSCs，而iPSCs在個體化細胞療法和器官再生領域有著重要的用途，然而研究人員所設想的iPSCs的臨床應用目前並未實現，部分原因是因為在製造iPSCs過程中存在一定風險。標準的iPSCs誘導過程（OSKM）主要包括將四種轉錄因子蛋白/基因（Oct4， Sox2， Klf4和c-Myc）引入到成體細胞中，隨著基因被引入且開始活化，其所編碼的轉錄因子蛋白就開始對細胞重編程使其成為ipsCs。

但該過程存在的一個問題就是，病毒的插入或核重組因子的過量產生或許會損傷細胞DNA促進細胞癌變，另外的問題就是細胞核的重編程常常會產生一系列攜帶可變特性的iPSCs，當在實驗室中利用ipsCs研究疾病時這種可變性或許就會引發一些問題。相比較而言，在普通動物的發育過程中，細胞的身份會被來自細胞外部的分子信號所改變，而這也會誘導基因活性的改變，但並不會引發DNA的任何風險插入。

為了尋找天然的信號通路，研究人員通過聯合研究對人類抗體文庫進行篩選，鑒別出了新型的基於抗體的藥物以及一些新型的探針。在初期的一組實驗中，研究人員嘗試尋找能夠替代Sox2和c-Myc的抗體，隨後他們建立了大量的小鼠成纖維細胞（用來在實驗中製造ipsCs），並且插入了表達Oct4和Klf4的基因，下一步研究者將會將抗體文庫基因加入到細胞群體中來進行深入的搜尋；這樣研究人員就能夠觀察到哪種細胞能夠開始形成幹細胞群落，也就是說，這些細胞所產生的抗體能夠代替Sox2和c-Myc的功能，並且誘發細胞身份開關，對這些細胞的DNA進行測序就能夠幫助研究人員確定關鍵的抗體。

基於這種方法，研究人員發現了能夠代替Sox2和c-Myc的兩種抗體，在一組類似的試驗中，研究者發現，兩種抗體能夠替代Oct4這種轉錄因子。目前研究人員並不能找到能代替轉錄因子Klf的抗體。從原則上來講這種新型的抗體篩選方法不僅能夠幫助研究人員尋找到替代OSKM轉錄因子的抗體，還能夠幫助研究抗體發揮作用的天然信號通路；研究者發現，其中一個替代Sox2的抗體能同細胞膜上名為Basp1的蛋白相結合，這種結合作用就會阻斷Basp1蛋白的正常活性，並且移除其對WT1的抑制，WT1是一種能夠在細胞核中發揮作用的轉錄因子蛋白，當解除束縛後，WT1就會改變多個基因的活性，包括Sox2等，從而促進幹細胞狀態的產生和維持。

在某些癌症中WT1常常會過量產生，而且其被認為是一種癌基因，本文研究或能幫助研究人員理解癌症發生和幹細胞狀態之間的密切關聯；下一步研究人員將會利用人類細胞（而不是小鼠細胞）進行更大規模、更複雜的抗體篩選研究，他們希望能夠獲得更多突破性的研究結果。

原始出處：Joel W Blanchard,Jia Xie,Nadja El-Mecharrafie, et al. Replacing reprogramming factors with antibodies selected from combinatorial antibody libraries. Nature Biotechnology (2017) doi:10.1038/nbt.3963

轉自：植物科學最前沿

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