诱导干细胞应用新障碍：线粒体基因突变

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诱导干细胞应用新障碍：线粒体基因突变
: d& W; x1 ~& i2 s  j, s来源：科学网 / 作者：孙学军 / 2016-04-189 ~" q, H" d' x7 N2 I1 X+ g0 I, e

+ c, |$ d/ C( T* N3 X有人认为，个体衰老的原因是干细胞数量不足，无法维持细胞的更新和组织修复，现在看来，其中有一个原因可能是干细胞内线粒体基因突变。如果是这样，是否可以用外源性移植线粒体的办法，实现挽救体内干细胞的目的。另外，对这些已经被诱导的来自老年患者的存在许多突变基因线粒体的诱导干细胞，可否利用体外线粒体移植的技术进行细胞修复。如果可以，就可以弥补线粒体基因突变给这些细胞缺陷带来的困境。$ i3 ~+ E2 B. Z% @- k) x
上月有学者在《科学》发表研究论文，证明采用缺失VHL基因或缺氧可延长线粒体病动物寿命，提示当线粒体存在功能不足的情况下，氧气对细胞存在更强毒性，这符合线粒体是最重要的消除氧气毒性的经典解释。如果这样，随着寿命增加，细胞线粒体功能的减退，个体对氧气毒性的耐受能力逐渐减退，应该采用适当降低氧分压的策略，例如到高原地区疗养的办法。当然这种策略是否可行，必须先经过大量动物和人体试验来验证。
5 T' ~* G8 i; \+ u$ k诱导干细胞iPS是从成年细胞通过诱导逆转成干细胞状态，因为可以用自体细胞，不存在排异反应，而具有最大的临床应用潜力。但是最新一项研究发现，利用成年细胞诱导干细胞存在一个风险，就是这些细胞线粒体可能存在比胚胎细胞更多的基因突变，给iPS的应用带来了阴影。7 f4 T" P( ]4 P, S; K# v5 \2 [
近年来关于线粒体的研究很多，但科学家对线粒体仍然存在许多问题不了解，作为细胞"发电站"的线粒体，功能不仅是能量代谢，也是细胞衰老癌变和细胞死亡的关键调节机构。最新关于诱导干细胞存在许多基因突变线粒体的证据，给线粒体衰老理论提供了旁证。$ b2 v, U# r4 a
研究发现，细胞提供者年龄越大，iPS细胞携带的线粒体基因突变越多，尤其是影响线粒体功能的突变比例越多。这一研究最近在《细胞干细胞》Cell Stem Cell发表。这些存在于线粒体内DNA序列的突变，属于线粒体自身的基因组，大多数细胞都包含成千上万个线粒体。根据流行观点，线粒体祖先是独立进化的细胞，被其它细胞吞噬后丢失部分基因后形成和细胞的共生关系。
/ b" {; _9 E* V8 T为检验线粒体基因变异可能会影响iPS细胞功能，美国俄勒冈州健康与科学大学再生生物学家大牛ShoukhratMitalipov采集一名72岁志愿者的皮肤和血液细胞样本，对这些细胞DNA进行序列分析，然后用病毒感染转入早期胚胎细胞表达的多种基因将这些细胞诱导为IPS。对这些干细胞整体DNA进行序列分析，发现这些细胞并不存在非常高的线粒体基因突变。但是当对这些细胞进行随机单细胞DNA序列分析时，发现线粒体存在广泛基因突变。（这也是单细胞测序的价值）。, l6 y6 ~- t% K( a- P7 S
研究人员分析了来自14名年龄在24到72岁的志愿者皮肤和血液细胞，结果发现，年龄越大，线粒体基因突变越多。有一些突变发生在可能会影响iPS功能的蛋白质，这些细胞如果移植给患者，可能会出现问题。
. j: b4 _# ?* m4 K& n6 z. s加州Scripps研究所干细胞学家Jeanne Loring担承过去没有考虑过这个问题，她的小组正在研究用iPS治疗帕金森病，现在她计划对自己研究的细胞进行序列分析。她认为，用于人类治疗的细胞应该进行序列分析。
8 N) u  j8 F8 {0 \& T+ E7 i, [Mitalipov教授建议科学家使用iPS细胞治疗疾病应该至少分离10个细胞，然后挑选其中一个拥有最健康线粒体的细胞培养为细胞系。他说这一发现支持采用细胞核移植制造胚胎干细胞的技术，这类技术不仅能保证细胞核来自患者，而且能减少线粒体基因突变的可能，因为作为细胞浆和线粒体来源的卵细胞来自健康捐献者的细胞，线粒体相对更健康。Loring认为，这种细胞核移植技术比诱导干细胞技术要困难太多，国际上只有少数几家实验室能干这个活。
4 u0 M1 K( }; X, {6 Y* c7 t纽约干细胞基金会再生医学学者Dieter Egli说，这一发现提供了用胚胎干细胞代替iPS的优点，必然对iPS的临床试验带来影响。使用这种细胞用于临床需要慎之又慎，仔细分析存在的各种异常，才能有利于临床应用的推进。+ _/ x: M3 H" O5 _+ ?

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