小分子化合物在重編程中的應(yīng)用
2006 年，日本科學(xué)家山中伸彌等人利用四個轉(zhuǎn)錄因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）將小鼠胚胎成纖維細胞（MEFs）和成體成纖維細胞重編程為誘導(dǎo)多能干細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）[1]，iPSCs 和胚胎多能干細胞（embryonic stem cells, ESCs）一樣，具有自我更新的能力，在體外可以長期擴增，并能夠分化為三個胚層的組織和細胞。這一研究成果使得重編程的研究工作如火如荼。
重編程（reprogramming )是指通過一定的手段使已經(jīng)分化的細胞回復(fù)到具有分化能力的干細胞的狀態(tài)。根據(jù)所用方法的不同，重編程可以分為轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的重編程和非轉(zhuǎn)錄因子的重編程。非轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的重編程常用的方法為小分子化合物。
小分子化合物在重編程領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢。首先，小分子化合物避免了轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)重編程常用到的病毒載體整合進基因組，不會破壞細胞基因組的結(jié)果，安全性較高；其次，大部分小分子化合物均能以滲透的方式進入細胞內(nèi)發(fā)揮作用，省去了細胞轉(zhuǎn)染、病毒包裝、細胞感染等繁瑣步驟，且便于進行定量研究，可操作性強；此外，小分子化合物結(jié)構(gòu)多樣、靶點清晰、價格低廉、易于獲得且可選擇性大；最后，小分子化合物價格相對低廉，可節(jié)省大量成本。
圖1.分化和重編程的影響機制
2011 年，中國科學(xué)家鄧宏魁等人發(fā)現(xiàn)，化合物組合（VPA, CHIR99021, 616452, Tranylcypromine）可以成功替代 YAMANAKA 四因子（OSKM）中的三個轉(zhuǎn)錄因子（Sox2/Klf4/c-Myc），與 Oct4 一起作用將小鼠成纖維細胞重編程為多能干細胞[2]。接下來，通過 10000 個化合物的篩選，鄧宏魁團隊又發(fā)現(xiàn)了可以代替 Oct4 的化合物組合。從而實現(xiàn)了純化合物組合（VPA, CHIR99021, Repsox, Forskolin, Tranylcypromine, DZNep）介導(dǎo)的重編程，該研究成果于 2013 年發(fā)表在 Science上[3]。之后，利用小分子化合物誘導(dǎo)體細胞重編程又取得了很多新的進展，見表1。此外，除了將體細胞重編程為 iPSCs 之外，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)小分子化合物還可以成功將一種體細胞誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化為另一種體細胞，該過程叫做轉(zhuǎn)分化。目前，僅用小分子化合物成功實現(xiàn)轉(zhuǎn)分化的報道主要集中在神經(jīng)細胞、心肌細胞等領(lǐng)域 [8]。
表1.小分子化合物介導(dǎo)重編程研究進展
胚胎發(fā)育的過程涉及眾多基因的選擇性表達，多個信號通路的開關(guān)，而重編程則是反其道而行之。目前，很多信號通路都已經(jīng)被研究得很透徹，小分子化合物可以通過靶向調(diào)節(jié)這些信號通路上的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對細胞命運的控制。此外，小分子化合物可以直接作為藥物進行臨床開發(fā)。小分子化合物在重編程領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
Reference
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