【消費電子實驗室-2023/11/27】細胞重編程可實現去分化，重新獲得多能性，是組織損傷修復和再生的關鍵。OSKM因子，也就是OCT4、SOX2、KLF4和MYC四種轉錄因子同時表達可以實現這一過程。

遺憾的是，OSKM因子這一看似理想的再生醫學解決策略，在實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險。了解體內重編程的分子機制，或許能夠幫助我們優化這一過程。

近期，西班牙巴塞羅那科學技術學院（BIST）科研團隊在《自然·代謝》雜志發文，研究者們發現了細胞重編程過程中的關鍵限制因素，維生素B12。這種我們非常熟悉的維生素，實際上深度參與了細胞重編程的分子過程，為H3K36甲基化、轉錄保真和重編程的有效率提供了保證。

研究者發現，補充維生素B12可以加速潰瘍性結腸炎模型中的組織修復，可以說，維生素B12能夠提高體內重編程和組織修復的效率。

論文題圖

為了搞清楚OSKM因子誘導體內重編程中的關鍵環節，研究者們對多西環素誘導的OSKM條件表達小鼠模型進行了一個整體的分析。

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

有意思的是，當研究者分析變化菌種相關分子途徑時，發現與鈷胺素（維生素B12）生物合成和代謝相關的基因竟然占了主要地位。此時回頭再看變化菌種，確實，少數能夠合成維生素B12的菌種，比如變形桿菌、沙門氏菌、大腸桿菌，在多西環素誘導后就開始富集了。

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素誘導后小鼠血清，發現維生素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了相關的標志代謝物。

而當研究者給小鼠補充維生素B12，則能觀察到胰腺、結腸、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。

以上結果說明，維生素B12就是體內重編程的關鍵限制因素。

補充維生素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。經過一番分析，研究者發現，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）是關鍵的原料。

weishengsuB12參與的1C循環

研究者發現，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，這個比值也被稱為甲基化指數，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過程。

進一步分析發現，維生素B12增加了重編程期間H6K3me36水平，有效防止了隱性轉錄，維持了轉錄的高保真度。

補充維生素B12減少了隱性轉錄（CT）

實際上，許多器官的組織損傷修復過程都是通過短暫的去分化實現的，因此研究者猜測，或許維生素B12不僅在OSKM誘導的重編程中起效，應該也能夠促進一般損傷修復期間的細胞可塑性。

實驗在葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的急性潰瘍性結腸炎小鼠中進行。研究者發現，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，且觀察到了類似的隱性轉錄的增加。

補充維生素B12或者表達OSKM因子可以顯著促進結腸組織的重編程，加速了組織向正常結腸隱窩結構的恢復。研究者還調閱了已發表的人類數據庫，發現在潰瘍性結腸炎患者中也可見到顯著的隱性轉錄增加，說明這個機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