现在能将皮肤细胞转化为肢体细胞

在一项合作研究中，来自九州大学和哈佛医学院的研究人员已经确定了一种蛋白质，这种蛋白质可以将成纤维细胞(皮肤和结缔组织中最常见的细胞)转化或“重新编程”成纤维细胞，使其具有与肢体祖细胞相似的特性。研究人员的研究结果发表在《Developmental Cell》杂志上，增强了我们对肢体发育的理解，并为未来的再生治疗奠定了基础。

在全球范围内，近6000万人患有肢体丧失。截肢可能是由于肿瘤、感染和出生缺陷等各种医疗条件造成的，也可能是由于工业事故、交通事故和地震等自然灾害造成的创伤。肢体受伤的人通常依赖于合成材料和金属假肢，但许多研究人员正在研究肢体发育的过程，目的是将再生疗法或自然组织替代作为一种潜在的治疗方法更进一步。

在肢体胚胎发育过程中，肢体芽中的肢体祖细胞产生了大多数不同的肢体组织，如骨、肌肉、软骨和肌腱。因此，建立一种简单易行的方法来制造这些细胞是很重要的，”首席研究员Yuji Atsuta博士解释说，他在哈佛医学院开始处理这个项目，并在九州大学科学研究生院担任讲师。

目前，直接从胚胎中获取肢体祖细胞是一种常见的方法，但就人类胚胎而言，这引发了伦理问题。或者，它们可以用诱导多能干细胞来制造——成年细胞被重新编程为胚胎样状态，然后可以被诱导成特定的组织类型。Atsuta及其同事开发的新方法直接将成纤维细胞重编程为肢体祖细胞，绕过诱导多能干细胞，简化了过程并降低了成本。它还减轻了对细胞癌变的担忧，这通常发生在诱导多能干细胞中。

在研究的初始阶段，研究人员观察了小鼠和鸡胚胎早期肢体芽中表达的基因。体内几乎所有细胞，包括成纤维细胞和肢体祖细胞，都含有相同的基因组DNA，但由于基因表达的变化(换句话说，哪些基因是活跃的，细胞产生哪些蛋白质)，每种细胞类型的不同特性和功能在发育过程中出现。细胞中控制基因表达的一种方式是通过称为转录因子的特定蛋白质。

研究小组确定了18个基因，其中大部分是转录因子，与其他组织相比，这些基因在早期肢体芽中表达得更高。他们从小鼠胚胎中培养成纤维细胞，并使用病毒载体将这18种基因导入成纤维细胞，使细胞产生这18种蛋白质因子。他们发现，修饰后的成纤维细胞具有这些特性，并显示出与肢体芽中发现的自然发生的肢体祖细胞相似的基因表达。

接下来，通过一系列的实验，研究人员缩小了他们的选择范围，并确定只有三种蛋白质因子是将小鼠成纤维细胞重编程为肢体祖细胞样细胞所必需的:Prdm16, Zbtb16和Lin28a。第四种蛋白质Lin41帮助培养的肢体祖细胞生长和繁殖得更快。

研究人员不仅证实了重编程肢体祖细胞与天然肢体祖细胞具有相似的基因表达，而且具有相似的能力。“这些重新编程的细胞不仅是分子模拟物;我们已经证实了它们发展成特殊肢体组织的潜力，无论是在实验室培养皿(体外)还是在生物体(体内)中，”Atsuta说。“体内测试尤其具有挑战性，因为我们必须将重新编程的小鼠细胞移植到鸡胚胎的肢体芽中。”

在这些实验中，研究人员使用了慢病毒，它将基因直接插入受感染细胞的基因组中，从而增加了细胞变成癌症的风险。相反，该团队正在考虑其他更安全的载体，如腺相关病毒或质粒，它们将基因传递到细胞中，而不将基因插入基因组中。

Atsuta的实验室小组现在正试图将这种方法应用于人类细胞，用于未来的治疗应用，也应用于蛇，蛇的祖先有肢体，后来在进化过程中失去了肢体。“有趣的是，重新编程的肢体祖细胞产生了类似肢体芽的类器官，因此似乎有可能在不再拥有肢体组织的物种中产生肢体组织。对无肢蛇的研究可以揭示发育生物学的新途径和新知识。”

原文标题：Direct reprogramming of non-limb fibroblasts to cells with properties of limb progenitors