干细胞命运决定子

由美国明尼苏达大学领导的一个研究小组发现了一条关键性的分子机制，调控了胚胎干细胞是选择继续增殖并维持在干细胞状态，或是分化形成诸如大脑、肝脏或皮肤等的成体细胞。他们在小鼠干细胞实验中发现了控制两种相互竞争细胞过程的关键环。相关研究论文发表在《细胞结构和分子生物学》（Nature Structure and Molecular Biology)杂志上。

领导这一研究的是明尼苏达大学荷美尔（Hormel  Institute）研究所所长董子钢（ Zigang Dong ）教授和副主任Ann M. Bode。董子钢教授早年毕业于河南医科大学，后分别在美国哥伦比亚大学和美国国家肿瘤研究院从事博士及博士后研究工作。其主要研究领域为肿瘤的病因学，肿瘤发病的机制和预防。曾同时荣任2个明尼苏达大学（endowed professorships）讲席教授职位，获得明尼苏大大学授予的Mcknight Presidential professorship 最高荣誉奖。现同时兼任美国国家卫生研究院研究经费评委会成员，中国国家自然科学基金会评委专家成员。

这项工作对于两个研究领域均具有重要的意义：其一，可利用该机制阻断细胞增殖，达到癌症治疗的目的；其二，针对损伤或疾病患者的成体干细胞移植研究领域，基于该原理可通过维持细胞增殖，以获得足够数量的细胞用于制造可用的器官或组织。

董子钢说：“这是一项突破性的研究，为再生医学的发展提供了重要的分子基础。这一研究将帮助开发出新一代药物，在癌症、衰老、心脏病、糖尿病或外伤引起的瘫痪造成机体损伤后，帮助机体修复和再生。”

该分子机制的中心是一种在胚胎干细胞发现的称之为Klf4的蛋白，其主要功能包括维持干细胞分裂增殖，抑制其分化。这表明，Klf4对维持干细胞的重要特性：自我更新能力方面起重要作用。

在这篇文章中，研究人员发现两种称为ERK1和ERK2的酶可以使Klf失活，从而促使细胞启动分化形成成体细胞。这两种酶是胚胎干细胞接收到细胞外化学信号时启动的信号“长龙”中的成员之一。当这些化学信息被传递至细胞内，两种酶则随之展开行动。

在进一步的实验中，研究人员揭示出了这两种酶调控Klf4的机制，证实ERK1和ERK2将一个小分子——磷酸基团添加在了Klf4蛋白上。这意味着给Klf4打上了一个“标签”，引导回收蛋白质的细胞机器来破坏Klf4蛋白。

此外，他们还发现抑制这两种酶的活性将使肝细胞维持在自我更新状态，抑制其分化。总而言之，他们的研究绘制了这样的一幅图画：ERK1 和 ERK2酶在决定胚胎干细胞及潜在癌细胞（快速增长行为与干细胞非常相似）的命运中起主要作用。

Klf4是成体皮肤细胞重编程为诱导多能干细胞（iPS ）的关键作用因子之一。此外，大量研究也证实Klf4可通过激活或抑制某些基因的功能，发挥致癌因子或抑制因子的效应。基于其他研究团体及他们自己的研究发现，荷美尔研究所的研究人员认为癌细胞的自我更新程序有可能非常类似于胚胎干细胞。

“尽管 Klf4在癌症中的功能还存在争议，一些报告表明 Klf4确实参与了人类的癌症形成，” Bode说。

荷美尔研究所成立于1942年，是一所享誉世界的医疗研究中心，主要从事癌症预防和控制研究。它是明尼苏达大学下属的一个研究单位，并与梅奥诊所（Mayo Clinic）建立了癌症研究合作关系。