裴端卿教授将“尿液”制成牙齿后，又有新发现 |专访

叉头盒（forkhead box，Fox）蛋白家族是一类 DNA 结合区具有翼状螺旋结构的转录因子，通过介导转录的激活和抑制，以及与多种辅助因子的相互作用，Fox 蛋白在哺乳动物的发育和疾病、糖类和脂类代谢、生物老化和免疫调节中发挥着重要作用。在发育过程中，叉头盒转录因子（Forkhead box transcription factors, FTFs）通过多种机制调节组织形成和稳态。目前学者们认为特定FTFs的表达可以引导不可逆的细胞命运决定，但其在小鼠体细胞重编程中的作用仍旧未知。

西湖大学裴端卿教授在广州生物医药与健康研究院期间，与刘晶，曹尚涛研究员在 Cell Regeneration 上发表题为 Forkhead box family transcription factors as versatile regulators for cellular reprogramming to pluripotency 文章。

（来源：PubMed）

Fox转录因子在重编程中的意外作用

他们报道了 FoxD 亚家族和 FoxG1 可以促进小鼠成纤维细胞诱导多能干细胞（iPSCs）的产生。他们发现 FoxD3、FoxD4 和 FoxG1 可以分别替代 Oct4，与 Sox2 和 Klf4 一起通过种系传递产生 iPSCs。然而，FoxO6 则通过抑制细胞增殖、抑制多能基因的表达、阻碍间充质细胞向上皮细胞转化（MET），阻断了重编程。

研究团队分析了 Fox 转录因子家族成员在小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）、小鼠胚胎干细胞（mESCs）、体细胞重编程和小鼠早期胚胎发育中的表达，结果发现 Fox 基因可能在多能性诱导中发挥着不同的作用。

（来源：PubMed）

为了验证这一假设，研究者克隆了 Fox 转录因子家族的所有成员，并将它们单独转导到小鼠胚胎成纤维细胞中。结果显示 Fox 转录因子家族成员在小鼠体细胞重编程中发挥了不同的作用，其中 FoxD3、FoxD4 和 FoxG1 取代了 Oct4，并促进了 iPSCs 的生成，而 FoxO6 则是阻碍了重编程。研究者最终发现，FoxO6 主要通过抑制MET过程、多能基因激活和细胞增殖来抑制而不是延缓重编程。此外，FoxO6 在细胞命运决定中的新功能可能与表观遗传调控、ERK、WNT、small GTPase 等信号通路有关。

2006 年，日本京都大学的山中伸弥（Shinya Yamanaka）教授在世界著名学术杂志 Cell 上率先报道了诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells）的研究。他们把 Oct3/4、Sox2、c-Myc 和 Klf4 四种转录因子基因克隆入病毒载体后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导小鼠成纤维细胞转化产生的诱导多能干细胞，这些细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。

诱导多能干细胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）技术是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能干细胞。分化的细胞在特定条件下被逆转后，恢复到全能性状态，或者形成胚胎干细胞系，或者进一步发育成新个体的过程，这一过程也称作重编程（Cell reprogramming）。

与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，诱导多能干细胞技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此不存在伦理问题。此外，该技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，从而极大程度上降低了免疫排斥反应发生的可能性。

诱导多能干细胞的出现，在干细胞、表观遗传学以及再生医学等领域引起强烈反响，它在细胞替代性治疗以及发病机理的研究、新药筛选以及神经系统疾病、心血管疾病等临床疾病治疗等方面具有巨大的潜能。

2016 年，干细胞领域发展到一定阶段，重编程不再作为研究重点，顶刊上鲜有文章关注，研究者纷纷转去其他领域。此次研究的通讯作者裴端卿认为这是一种错误的导向，他认为重编程领域仍有很多问题待解决，分子学、器官学仍然值得研究。

曾将“尿液”制成牙齿和神经

2013 年，裴端卿的团队成功将尿液细胞在小鼠体内孵化出了一颗人类牙齿以及神经干细胞。他们将尿液细胞重编程，逆转到受精后 5-6 天的状态，由此具有可以产生人体所有器官、细胞的潜能（如皮肤、心脏、血管、神经），最终可以重新植入回人体中，弥补丧失的功能。在未来，人们可以将人体健康时的尿液用液氮储存起来，做成自己的心脏、肝脏等器官。

由于患者神经细胞的再生能力较差，脊髓损伤、帕金森病、脑损伤等神经损伤及神经退行性疾病目前没有有效的治疗方法。获取并移植病人特异性的神经细胞，替换患者本身已损伤的细胞，能够治愈此类神经性疾病。但在通常情况下，在人体外很难获得并扩增病人本身的神经细胞。裴端卿的研究成果有效解决了这个问题，并有望在将来的实际治疗中发挥重要作用。

研究人员表示：“这些由尿液细胞转变而来的神经干细胞能够在体外扩增，并在适当的条件下分化为各种人体中存在的神经元和角质细胞。经进一步动物模型移植实验，研究人员发现该细胞能很好地在体内存活和融入宿主的脑环境中。”

真正利用干细胞技术实现人体器官的再生再造，还有诸多问题要解决。其核心困难在于，目前人类对于人体肾脏、心脏等器官的形成规律尚未探明。此外，在研究条件上，研究者仍缺少良好合适的载体来进行这方面的研究，在小鼠体内培育出的牙齿等器官之后植入到人体身上时是否匹配，以及植入时的工程问题都是未来研究者要思考的。

干细胞研究道阻且长

对于人类“生老病死”的问题，裴端卿对 DeepTech 表示，过去大家依赖果蝇、小鼠、猴子等模式生物进行研究，但在开辟干细胞领域之后，人类对“生老病死”的研究便能变得可实现和可操作。随着未来研究工具的提升，也能期待这些问题在有朝一日迎刃而解。

裴端卿指出，在“生”的方面，干细胞能够模拟和干预早期胚胎发育，减少发育过程中的缺陷；对于“老”，通过细胞命运调控，可以使人类衰老的速度减缓，对于“病”的问题，恶性肿瘤以及代谢性疾病实际上都是我们身上的细胞出现了问题，用细胞本身的功能去诠释，去找到相应的解决办法，虽然做不到不生病，但可以让生病过程变得短暂以及不痛苦；至于“死”，他认为这个问题可能没办法或也没必要解决，但人们可以有自己的选择，将人类寿命整体提升到 80-120 岁应该是没问题的，有史以来人类活得最长记录是 120 多岁，这至少表明人类基因中存在活到 120 岁的基因。

（来源：受访者）

裴端卿长期从事细胞命运调控的基础理论研究，在诱导多能干细胞（iPSC）及其机理方面做出了系统且具独创性的工作，他的学术成果主要包括：在国际上首次发现 iPSC 过程中 EMT/MET 偶联的现象，发表了中国第一篇 iPSC 论文；发现并阐明了维生素 C 大幅提高 iPSC 诱导效率的机理；世界首次建立以人尿液中上皮细胞为起始细胞的 iPSC 诱导方法，建立了多种遗传疾病的 iPSC 库，将人尿源上皮细胞直接诱导成神经干细胞等。

裴端卿于 1991 年获得美国宾夕法尼亚大学博士学位，之后在美国密西根大学医学院从事博士后研究。2002 回国后，他先后受聘于清华大学以及中国科学院广州生物医药与健康研究院。2015 年 10 月，他开始筹建广州再生医学与健康广东省实验室。去年 5 月，55 岁的裴端卿全职加入西湖大学生命科学学院。他表示，未来他将在研究方向上做一些调整，对于干细胞领域的研究来说，西湖大学提供了一个良好的环境和平台，能有不错的发展前景。