科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

細(xì)胞類型轉(zhuǎn)換通常需要先將體細(xì)胞“重編程”，變成誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPSC），再將其分化為目標(biāo)細(xì)胞類型。但美國(guó)麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)化流程，可繞過(guò)干細(xì)胞階段，將皮膚細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元。相關(guān)兩篇研究論文發(fā)表于新一期《細(xì)胞系統(tǒng)》雜志。

在小鼠細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，該方法的轉(zhuǎn)化效率高達(dá)10∶1，即1個(gè)皮膚細(xì)胞可生成10個(gè)以上神經(jīng)元。若能在人類細(xì)胞中復(fù)現(xiàn)，有望大規(guī)模培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，為脊髓損傷或運(yùn)動(dòng)功能障礙患者提供治療新途徑。

約20年前，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過(guò)導(dǎo)入4種轉(zhuǎn)錄因子可將皮膚細(xì)胞重編程為iPSC。這種類似胚胎干細(xì)胞的細(xì)胞可分化為多種細(xì)胞類型，但該技術(shù)存在耗時(shí)且轉(zhuǎn)化不完全的缺點(diǎn)。重編程過(guò)程中，細(xì)胞容易滯留在中間狀態(tài)。

此次，團(tuán)隊(duì)采用直接轉(zhuǎn)化策略，無(wú)需通過(guò)iPSC階段，而是從體細(xì)胞“一步到位”變成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。優(yōu)化的轉(zhuǎn)化方案僅需3種轉(zhuǎn)錄因子（NGN2、ISL1和LHX3）配合兩種促進(jìn)細(xì)胞增殖的基因（編碼p53DD和突變型HRAS的基因），即可實(shí)現(xiàn)皮膚細(xì)胞向運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的高效轉(zhuǎn)化。

如果在高水平表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子的同時(shí)細(xì)胞未處于增殖狀態(tài)，重編程效率會(huì)非常低，而高增殖活性的細(xì)胞更容易接受轉(zhuǎn)化信號(hào)。這類似于細(xì)胞被預(yù)先激活進(jìn)入轉(zhuǎn)化預(yù)備狀態(tài)，從而更高效地響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的作用。

團(tuán)隊(duì)測(cè)試了3種病毒載體，發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)化效率最高。同時(shí)，降低細(xì)胞培養(yǎng)密度可顯著提升運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元產(chǎn)量。該優(yōu)化流程在小鼠細(xì)胞中僅需2周，神經(jīng)元產(chǎn)量超過(guò)10倍。

兩周后觀察顯示，大量神經(jīng)元成功存活并形成神經(jīng)連接。體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也表明，這些細(xì)胞具有可測(cè)量的電生理活性和鈣信號(hào)傳導(dǎo)能力，顯示出通信潛力。