早期胚胎中的干細(xì)胞擁有無限的潛力，它們能夠成為任何類型的細(xì)胞，人們一直希望利用這一點(diǎn)來治療疾病和修復(fù)創(chuàng)傷。怎樣才能將干細(xì)胞穩(wěn)定在青春永駐的狀態(tài)下呢？正確的環(huán)境可以幫助人們做到這一點(diǎn)，就像彼得.潘德的永無島（Neverland）那樣。

Rockefeller大學(xué)和Memorial Sloan Kettering癌癥中心的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞能夠通過調(diào)整自己的代謝，增強(qiáng)自己的再生能力，避免分化成為特定的細(xì)胞類型。

這項(xiàng)發(fā)表在本期Nature雜志上的研究，將細(xì)胞代謝與甲基化修飾關(guān)聯(lián)了起來。研究顯示，干細(xì)胞能利用代謝產(chǎn)物，促進(jìn)去甲基化，讓整個(gè)基因組保持開放，保留自己的分化能力。

“所有負(fù)責(zé)DNA和染色質(zhì)修飾的酶都要用到細(xì)胞的代謝產(chǎn)物。不過人們之前并不清楚，發(fā)育和分化過程的代謝調(diào)整對基因表達(dá)有何影響，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的C. David Allis教授說。“我們發(fā)現(xiàn)，使用什么營養(yǎng)物質(zhì)，怎樣使用營養(yǎng)物質(zhì)，都會(huì)改變干細(xì)胞的染色質(zhì)景觀和基因表達(dá)，進(jìn)而影響干細(xì)胞的命運(yùn)。”

表觀遺傳學(xué)修飾不會(huì)影響基因序列，而是通過改變DNA包裝決定它是否開放進(jìn)行表達(dá)。甲基化一般會(huì)沉默基因組的相應(yīng)區(qū)域。干細(xì)胞為了保留分化能力需要基因組整個(gè)開放，因此甲基化必需受到控制。這種表觀遺傳學(xué)標(biāo)簽本身就是代謝產(chǎn)物，此外代謝產(chǎn)物也參與了去甲基化過程。

與含有牛血清的傳統(tǒng)培養(yǎng)基相比，小鼠的胚胎干細(xì)胞在2i培養(yǎng)基中能更好的自我更新。這篇文章的兩位第一作者Bryce Carey和Lydia Finley，對這些細(xì)胞的代謝情況進(jìn)行了比較。

他們首次發(fā)現(xiàn)2i細(xì)胞不需要谷氨酰胺。谷氨酰胺是絕大多數(shù)細(xì)胞都需要的氨基酸，用來生成代謝產(chǎn)物α-酮戊二酸（alpha-ketoglutarate）。α-酮戊二酸是一系列代謝反應(yīng)（三羧酸循環(huán)）的重要參與者，它也和染色質(zhì)上的甲基化調(diào)控有關(guān)。

研究顯示，就算沒有谷氨酰胺，2i細(xì)胞也能生成大量α-酮戊二酸。更令人驚訝的是，2i細(xì)胞調(diào)整了自己的代謝，減少了三羧酸循環(huán)中的α-酮戊二酸分解。一般來說，α-酮戊二酸會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁猁}供給細(xì)胞生長。代謝調(diào)整之后，更多的α-酮戊二酸開始為去甲基化提供能量。

“提供更多起始原料和去除反應(yīng)產(chǎn)物，能夠推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。因此我們認(rèn)為，增加α-酮戊二酸和減少琥珀酸鹽能促進(jìn)去甲基化，有助于干細(xì)胞再生，”Finley說。研究人員將α-酮戊二酸添加到傳統(tǒng)培養(yǎng)基培養(yǎng)的干細(xì)胞中，結(jié)果它們的形態(tài)和行為變得更接近2i細(xì)胞。研究還顯示，添加α-酮戊二酸或關(guān)閉去甲基化酶，能夠改變特定干細(xì)胞基因的活性。

“發(fā)現(xiàn)代謝和干細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)聯(lián)，有助于人們進(jìn)一步認(rèn)識發(fā)育和再生，更好的利用干細(xì)胞治療相關(guān)疾病，比如修復(fù)脊髓損傷或治療一型糖尿病。這項(xiàng)研究也為理解癌癥提供了一個(gè)新的角度，”Allis說。