細(xì)胞重編程的單細(xì)胞分析
從分化的成熟細(xì)胞向干細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變，細(xì)胞內(nèi)的蛋白表達(dá)會(huì)發(fā)生怎樣的改變？研究人員，借助于質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù) （mass cytometry）進(jìn)行分析，對細(xì)胞重編程的動(dòng)態(tài)變化過程有了更全面的認(rèn)識。
通過轉(zhuǎn)錄因子的強(qiáng)制性表達(dá)，可使體細(xì)胞重編程為多能狀態(tài)，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。一個(gè)體細(xì)胞如何成功地進(jìn)行這一轉(zhuǎn)變，對此我們知之甚少，因?yàn)榈托?、較長的潛伏時(shí)間和非同步進(jìn)程會(huì)阻礙分子分析。隨時(shí)間推移描述大量細(xì)胞群的特征，讓我們對整個(gè)重編程細(xì)胞群的進(jìn)程有了深刻認(rèn)識，但經(jīng)歷這個(gè)過程的大多數(shù)細(xì)胞不能重編程，對該過程的整體分析，必然偏向非生產(chǎn)性重編程事件的測量。
為了解決這些問題，一些研究團(tuán)隊(duì)試圖識別和表征生產(chǎn)性重編程細(xì)胞群。轉(zhuǎn)基因化學(xué)計(jì)量的早期作用是從誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）的轉(zhuǎn)基因整合位點(diǎn)推斷出的，通過依據(jù)轉(zhuǎn)基因表達(dá)水平分選纖維母細(xì)胞。Sox2low、Oct4high、Klf4high，被認(rèn)為是一個(gè)*組合，經(jīng)過表達(dá)不同轉(zhuǎn)基因化學(xué)計(jì)量的多順反子構(gòu)件得以進(jìn)一步驗(yàn)證。單細(xì)胞延時(shí)成像技術(shù)分析顯示一種早期的增殖表型。早期的工作揭示了重編程狀態(tài)的進(jìn)程，連續(xù)獲得了多能性標(biāo)志物堿性磷酸酶、SSEA1、Nanog和Oct4。此外，研究人員觀察到，成纖維細(xì)胞標(biāo)記Thy1的抑制和逆轉(zhuǎn)錄病毒表達(dá)的缺失，發(fā)生在這個(gè)過程的早期。這些狀態(tài)的表征顯示，兩次重編程與c-Myc、Klf4介導(dǎo)的*次及Oct4、Sox2、Klf4介導(dǎo)的第二次同時(shí)出現(xiàn)。
穩(wěn)定的部分重編程細(xì)胞系，已被分離并得以表征。這些部分重編程的細(xì)胞在該過程中出現(xiàn)較晚，但是在獲得多能性之前，可能來自于多個(gè)重編程細(xì)胞群，包括成纖維細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞和B細(xì)胞。形態(tài)上它們類似于iPSCs，但沒有獲得多能性，因?yàn)樗鼈儾荒苄纬苫チ霾⒁蕾囍鼐幊剔D(zhuǎn)基因。雖然這些細(xì)胞的大部分在標(biāo)準(zhǔn)條件下沒有獲得多能性，但是通過5-氮雜胞苷和維生素C或過表達(dá)Nanog，可以把它們推向多能狀態(tài)，從而表明它們類似一個(gè)中間狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)中有障礙抑制了多能性的獲得。
雖然豐富中間體的表征一直是有用的，但分析仍然高度依賴批量細(xì)胞群，因?yàn)榇蠹?xì)胞群的異質(zhì)性仍然是普遍的。zui近，有研究人員試圖通過單細(xì)胞mRNA分析，鑒定重編程的早期隨機(jī)階段，隨后是與SOX2表達(dá)對應(yīng)的晚期確定性階段，來解決這一問題。盡管這項(xiàng)研究的結(jié)果很重要，但是其結(jié)論可能因在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)測定的樣本數(shù)相對較小所限制（96個(gè)細(xì)胞），此外還因?yàn)檩^低的重編程效率，只有2%的細(xì)胞可以成功地重新編程。
為此，在這項(xiàng)新的研究中，斯坦福研究小組通過單細(xì)胞質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)（一種流式細(xì)胞儀技術(shù)，采用稀土金屬同位素標(biāo)記抗體和檢測）來表征重編程過程。質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)產(chǎn)生的結(jié)果，與傳統(tǒng)的熒光流式細(xì)胞術(shù)基本相同，但可讓我們每秒鐘在大約500個(gè)細(xì)胞中同時(shí)測量40多種不同的參數(shù)。使用質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)，該研究小組在重編程的*個(gè)3到4周，分析了三個(gè)不同的重編程細(xì)胞系。對質(zhì)譜流式細(xì)胞技術(shù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行的時(shí)間分辨、高維進(jìn)展分析，可促進(jìn)連續(xù)的重編程分子圖譜的構(gòu)建。本研究所描述的這種方法和數(shù)據(jù)集，為重編程優(yōu)化和其他細(xì)胞重編程機(jī)制研究、以及隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜細(xì)胞群研究，提供了寶貴的資源。
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