最近在美國國家科學(xué)院學(xué)報(bào)PNAS上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，諾獎得主、首次制備了誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPSCs）的山中伸彌（Shinya Yamanaka）博士，和他Gladstone研究所的同事，通過對一種罕見的遺傳性疾病進(jìn)行研究，找到了一種方法來提高干細(xì)胞重編程的效率。

iPSCs——從皮膚細(xì)胞制備而來的干細(xì)胞，可以轉(zhuǎn)化成身體中任何類型的細(xì)胞，從而徹底改變了生物醫(yī)學(xué)科學(xué)。它們有助于再生醫(yī)學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)的突破，從而超越了研究人員曾經(jīng)想到的可能性。但是，就像任何新技術(shù)一樣，iPSCs也有需要改進(jìn)的空間。例如，使用現(xiàn)有的技術(shù)，只有不到百分之一的成人皮膚細(xì)胞被重編程為iPSCs。

Gladstone研究所高級研究員、日本iPSC研究和應(yīng)用中心（CiRA）主任山中伸彌說：“iPSCs的制備效率低下，是將這一技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的一個主要障礙。我們的研究發(fā)現(xiàn)了一種令人驚訝的方式，可增加我們生成的iPSCs的數(shù)量。”

科學(xué)家們以一個非常不同的目標(biāo)開始：制備一個細(xì)胞模型來研究進(jìn)行性骨化性纖維發(fā)育不良（FOP）。這種極為罕見的遺傳性疾病，可導(dǎo)致肌肉、肌腱和韌帶轉(zhuǎn)化成骨質(zhì)，因此綽號“石人綜合癥”。這種疾病是由ACVR1基因中的一個突變造成的，它能過度激活一個對于胚胎發(fā)育非常重要的細(xì)胞信號過程，并涉及一個稱為BMP的蛋白質(zhì)。

令人驚訝的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，與健康者相比，他們用來自FOP患者的細(xì)胞制備出的iPSCs細(xì)胞更多。他們認(rèn)為，這是因?yàn)?span lang="EN-US">BMP信號可促進(jìn)細(xì)胞更新——一個細(xì)胞復(fù)制的能力，并使它們保持在一個多功能的狀態(tài)，能夠成為任何類型的細(xì)胞。這兩個特征是干細(xì)胞的關(guān)鍵特性。為了證實(shí)他們的預(yù)感，研究人員阻止BMP信號通路，這會導(dǎo)致FOP患者細(xì)胞產(chǎn)生更少的iPSCs。相反，激活這個信號通路可產(chǎn)生更多的iPSCs。

本文第一作者、山中伸彌以前的博士后Yohei Hayashi博士說：“最初，我們想建立一個FOP模型，也許可以幫助我們了解特定基因突變?nèi)绾斡绊懝切纬?。我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，來自FOP患者的細(xì)胞比來自健康人的細(xì)胞能夠更高效地重編程。我們認(rèn)為，這可能是因?yàn)閷?dǎo)致骨細(xì)胞增殖的相同途徑，也有助于干細(xì)胞再生。”

本文共同作者、Gladstone研究所高級研究員Bruce Conklin補(bǔ)充說：“這項(xiàng)研究首次表明，一個自然發(fā)生的基因突變可提高iPSC生成的效率。用攜帶遺傳突變患者的細(xì)胞制備iPSCs不僅對疾病模型是有用的，而且也為重編程過程提供了新的見解。”

前不久，山中伸彌及其Gladstone心血管疾病研究所的科學(xué)家們用白血病抑制因子（LIF）、骨形成蛋白4（BMP4）、溶血磷脂酸（LPA）和抗壞血酸（AA）由小將小鼠始發(fā)態(tài)多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為原始態(tài)多能干細(xì)胞。這項(xiàng)研究發(fā)表在十月十四日的美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。

另外，今年2月份，山中伸彌還在《Nature Reviews Molecular Cell Biology》雜志上發(fā)表綜述文章，全面回顧了iPS重編程的發(fā)展歷程。