【消費(fèi)電子實(shí)驗(yàn)室-2023/11/27】細(xì)胞重編程可實(shí)現(xiàn)去分化，重新獲得多能性，是組織損傷修復(fù)和再生的關(guān)鍵。OSKM因子，也就是OCT4、SOX2、KLF4和MYC四種轉(zhuǎn)錄因子同時(shí)表達(dá)可以實(shí)現(xiàn)這一過程。

遺憾的是，OSKM因子這一看似理想的再生醫(yī)學(xué)解決策略，在實(shí)際研究中還面臨這許多困難，包括較低的效率和較高的癌癥風(fēng)險(xiǎn)。了解體內(nèi)重編程的分子機(jī)制，或許能夠幫助我們優(yōu)化這一過程。

近期，西班牙巴塞羅那科學(xué)技術(shù)學(xué)院（BIST）科研團(tuán)隊(duì)在《自然·代謝》雜志發(fā)文，研究者們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞重編程過程中的關(guān)鍵限制因素，維生素B12。這種我們非常熟悉的維生素，實(shí)際上深度參與了細(xì)胞重編程的分子過程，為H3K36甲基化、轉(zhuǎn)錄保真和重編程的有效率提供了保證。

研究者發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充維生素B12可以加速潰瘍性結(jié)腸炎模型中的組織修復(fù)，可以說，維生素B12能夠提高體內(nèi)重編程和組織修復(fù)的效率。

論文題圖

為了搞清楚OSKM因子誘導(dǎo)體內(nèi)重編程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研究者們對多西環(huán)素誘導(dǎo)的OSKM條件表達(dá)小鼠模型進(jìn)行了一個(gè)整體的分析。

考慮到腸菌在各種生理過程中的廣泛參與度，不出所料，研究者發(fā)現(xiàn)OSKM因子表達(dá)后，小鼠體內(nèi)的腸菌構(gòu)成出現(xiàn)了較大的變化，多樣性降低。使用廣譜抗生素（ABX）破壞小鼠腸道菌群，也會降低小鼠結(jié)腸和胃的重編程水平。

有意思的是，當(dāng)研究者分析變化菌種相關(guān)分子途徑時(shí)，發(fā)現(xiàn)與鈷胺素（維生素B12）生物合成和代謝相關(guān)的基因竟然占了主要地位。此時(shí)回頭再看變化菌種，確實(shí)，少數(shù)能夠合成維生素B12的菌種，比如變形桿菌、沙門氏菌、大腸桿菌，在多西環(huán)素誘導(dǎo)后就開始富集了。

這好像在說，重編程過程中，很缺維生素B12啊。

果不其然，研究者檢測了多西環(huán)素誘導(dǎo)后小鼠血清，發(fā)現(xiàn)維生素B12水平顯著降低，并且觀察到了對維生素B12缺乏最為敏感的肝臟和腎臟都出現(xiàn)了相關(guān)的標(biāo)志代謝物。

而當(dāng)研究者給小鼠補(bǔ)充維生素B12，則能觀察到胰腺、結(jié)腸、胃等器官重編程水平的顯著提高，甚至對ABX處理過的小鼠都有改善作用。

以上結(jié)果說明，維生素B12就是體內(nèi)重編程的關(guān)鍵限制因素。

補(bǔ)充維生素B12后可顯著提高重編程效率

維生素B12功能不算復(fù)雜，在人類和小鼠中，僅被蛋氨酸合酶（MS）和甲基丙二酰輔酶A變位酶（MUT）兩種酶用作輔助因子。經(jīng)過一番分析，研究者發(fā)現(xiàn)，前者涉及的通路是維生素B12參與重編程的途徑。

在維生素B12的輔助下，MS將同型半胱氨酸（Hcy）合成為S-腺苷甲硫氨酸（SAM），這是所有甲基化反應(yīng)的通用甲基供體。這一過程中，甘氨酸（Gly）、絲氨酸（Ser）、蘇氨酸（Thr）是關(guān)鍵的原料。

weishengsuB12參與的1C循環(huán)

研究者發(fā)現(xiàn)，在OSKM小鼠中，Gly、Ser、Thr和Met四種氨基酸消耗顯著增加，SAM/SAH比值顯著增加，這個(gè)比值也被稱為甲基化指數(shù)，能夠代表生物體甲基化的能力。

看來，維生素B12缺乏是限制了重編程中的甲基化相關(guān)過程。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，維生素B12增加了重編程期間H6K3me36水平，有效防止了隱性轉(zhuǎn)錄，維持了轉(zhuǎn)錄的高保真度。

補(bǔ)充維生素B12減少了隱性轉(zhuǎn)錄（CT）

實(shí)際上，許多器官的組織損傷修復(fù)過程都是通過短暫的去分化實(shí)現(xiàn)的，因此研究者猜測，或許維生素B12不僅在OSKM誘導(dǎo)的重編程中起效，應(yīng)該也能夠促進(jìn)一般損傷修復(fù)期間的細(xì)胞可塑性。

實(shí)驗(yàn)在葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)的急性潰瘍性結(jié)腸炎小鼠中進(jìn)行。研究者發(fā)現(xiàn)，DSS損傷與OSKM重編程非常類似，也與血清中維生素B12的顯著消耗有關(guān)，且觀察到了類似的隱性轉(zhuǎn)錄的增加。

補(bǔ)充維生素B12或者表達(dá)OSKM因子可以顯著促進(jìn)結(jié)腸組織的重編程，加速了組織向正常結(jié)腸隱窩結(jié)構(gòu)的恢復(fù)。研究者還調(diào)閱了已發(fā)表的人類數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)在潰瘍性結(jié)腸炎患者中也可見到顯著的隱性轉(zhuǎn)錄增加，說明這個(gè)機(jī)制在人類中是保守的。

參考資料：

[1]Kovatcheva, M., Melendez, E., Chondronasiou, D. et al. Vitamin B12 is a limiting factor for induced cellular plasticity and tissue repair. Nat Metab 5, 1911–1930 (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00916-6