1.大家都知道的維生素C

·維生素C的故事

說起維生素C，它的大名可以說是無人不知、無人不曉吧？可以說是最重要的維生素之一，也是最早發(fā)現(xiàn)和研究最多的維生素之一。

不過在這里我們還是要再多羅嗦幾句：

世界上的大多數(shù)脊椎動物都是可以自己合成維生素C的，只有包括人類在內(nèi)的靈長類、豚鼠和某些飛行類哺乳動物不能自己合成，是缺乏一種“古洛內(nèi)酯氧化酶”的酶，所以不能自己合成，只能靠外界補充。

壞血病在20世紀以前曾長期肆虐，死人無數(shù)，到了現(xiàn)代社會，壞血病早就已經(jīng)快成了被遺忘的單詞了，但是維生素Ｃ缺乏癥還是有的，特別是那些飲食習(xí)慣不夠好的人。如果你很少吃蔬菜水果，有經(jīng)常有牙齦出血啦、牙齒動搖啦，皮膚有小的瘀斑啦的，那就很有可能是缺乏維生素C了，需要調(diào)整飲食習(xí)慣了。

維生素C是一種相對很安全的維生素，即使一次大量服用也不會造成傷害，因為它會隨著尿液很快的排出體外。不過有報道說長期大量服用會導(dǎo)致泌尿系結(jié)石，所以吃夠量就行了。

目前國際上普遍實行的是每人每天補充60~75mg。

·以前我們用維生素C做什么？

維生素C有什么作用呢？

從機制上講，維生素Ｃ主要是做為一種抗氧化劑在機體中起作用的，這種抗氧化劑的作用又主要是作為氧化酶的輔助因子（很多維生素都是各種酶的輔助因子）來發(fā)揮作用的。這些酶主要是羥化酶，可以把小分子物質(zhì)比如氨基酸進行羥化，從而改變結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生作用。是膠原蛋白、肉堿和去甲腎上腺素合成所必需的，這些都是機體維持正常生理功能所必需的，所以可以想見，缺乏維生素Ｃ最終會導(dǎo)致死亡。

此外，維生素Ｃ還可以降解病毒的核酸，提高人體中性粒細胞的活性，破壞過敏物質(zhì)組胺，從而在免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用；避免低密度脂蛋白的過氧化，保護血管內(nèi)皮免收低密度脂蛋白毒害而預(yù)防動脈粥樣硬化和冠心?。磺宄钚宰杂苫A(yù)防腫瘤，減緩衰老等等。

有趣的是，維生素C還可以在體外誘導(dǎo)胚胎干細胞向心肌細胞分化，雖然具體的作用機制還沒有搞清楚，但這個方法已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于實驗室研究了。

與維生素C相似的，還有維生素Ａ的中間代謝產(chǎn)物維甲酸，20世紀80年代國外有人發(fā)現(xiàn)它可以誘導(dǎo)干細胞向神經(jīng)細胞分化，上海瑞金醫(yī)院的王振義教授提出了一種理論，叫做：“全反式維甲酸誘導(dǎo)分化療法”，認為由于癌細胞分化程度越低惡性化程度越高，如果我們?nèi)藶榈拇龠M癌細胞的分化，就可以阻止癌細胞的惡化而治療癌癥。應(yīng)用這一理論，王教授利用維甲酸治療急性早幼粒細胞白血病(APL)獲得成功，榮獲了國家科技進步獎。

那么，維生素Ｃ是否也可以治療腫瘤呢？讓我們拭目以待。

2.維生素Ｃ在誘導(dǎo)多能性干細胞培養(yǎng)中的作用——一個有趣的科研實例

·維生素Ｃ的新作用

在前面我們已經(jīng)提到過：2010年1月8日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿實驗室在《細胞干細胞》雜志發(fā)表文章，發(fā)現(xiàn)維生素Ｃ可大幅度提高人和小鼠的誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)效率。

維生素Ｃ可促進誘導(dǎo)多能性干細胞的效率

誘導(dǎo)多能性干細胞是一個非常非常有前景的技術(shù)，但是它的效率十分低下卻是一個讓人非常頭痛的問題。在最初的研究中，小鼠的細胞只有千分之一可以誘導(dǎo)成功，而人類的就更可憐了，只有萬分之一，這對誘導(dǎo)多能性干細胞的機制研究和應(yīng)用開發(fā)都是一個橫亙不去的障礙。

所以各國科學(xué)家都在朝著這個方向使勁，你追我趕，各出奇招。在這個領(lǐng)域我國的科學(xué)家也不甘人后，在世界上首次發(fā)現(xiàn)可以利用我們耳熟能詳?shù)木S生素Ｃ來提高誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)效率，使誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)實驗從此走向了快車道。

在這個工作中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在誘導(dǎo)過程中加入維生素Ｃ不但能大幅度的提高誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)效率，還可以提高它的誘導(dǎo)速度，并且在小鼠的實驗中可以看到，加入維生素Ｃ后原本只是部分地被重編程的細胞也重新走回了重編程的道路，最終完全重編程成為名符其實的誘導(dǎo)多能性干細胞。

這是一個非常有趣的實驗，通過它我們可以了解科學(xué)家們是如何工作的。如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的。

·最初的假設(shè)

要談到維生素Ｃ，讓我們先談?wù)凷OD――超氧化物歧化酶，這個酶是干什么的呢？是用來清除自由基的，通過它我們都知道了自由基的大名。

那么自由基又是什么呢？我們知道，現(xiàn)代物理學(xué)認為，整個物質(zhì)世界都是由原子組成的，原子又是由原子核以及在核外高速運動的電子組成。原子之間相互作用，就可以結(jié)合成分子，而分子就可組成包括生物在內(nèi)的大千世界。

當原子組成分子的過程中，它們都要遵循一條特殊的法則：配對原則。就是它們外圍的電子一定要成對出現(xiàn)，如果有不配對的現(xiàn)象它們就會非常活躍，四處尋找配對電子，直到配對成功，才會穩(wěn)定下來。這種外圍有不配對電子的“結(jié)婚狂”分子就是自由基了。

其實“結(jié)婚狂”自由基在機體里是不可或缺的，它在我們傳遞能量的電子傳遞鏈中起著重要的作用，就好像很多單身漢在單位里都是骨干一樣。但是一旦脫離了“單位”，無所事事的“結(jié)婚狂”就要生事了，攻擊細胞膜，攻擊DNA，是引起衰老的主要因素。

而維生素Ｃ作為一種抗氧化劑正是清除自由基，特別是氧自由基的主力軍之一。

那么我們?yōu)槭裁匆丫S生素Ｃ應(yīng)用于誘導(dǎo)多能性干細胞呢？

首先，是基于這樣一個事實：大家在培養(yǎng)細胞時，都發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的細胞非常容易衰老，通常傳不了幾代就死了，死以前表現(xiàn)出很明顯的衰老跡象。

其次，在誘導(dǎo)誘導(dǎo)多能性干細胞時，大家都發(fā)現(xiàn)，用4個因子比3個因子（沒有c-Myc）效率高很多。C-Myc是一個原癌基因，而癌細胞是很少有衰老現(xiàn)象出現(xiàn)的。

所以，科學(xué)家們就做了這樣一個實驗：分別用病毒把4個因子和3個因子轉(zhuǎn)入小鼠的成纖維細胞，然后測量這些細胞內(nèi)的氧自由基的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3因子的比4因子及只轉(zhuǎn)入了空病毒的對照細胞的氧自由基含量高出了2.5-3倍。

于是，科學(xué)家們就調(diào)配了一個抗氧化劑的組合來處理這些細胞，包括維生素B1、維生素C、谷胱甘肽和亞硒酸鈉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)果然可以提高3因子的誘導(dǎo)效率?？茖W(xué)家們繼續(xù)分別研究這些化合物的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①維生素Ｂ１、谷胱甘肽和維生素Ｃ都可以下調(diào)被誘導(dǎo)細胞內(nèi)的氧自由基含量；②只有維生素Ｃ可以大幅度提高3因子的誘導(dǎo)效率；③其他抗氧化劑如白藜蘆醇、維生素Ｅ等也都不能提高3因子的誘導(dǎo)效率。

這就得出了一個非常令人吃驚的結(jié)論：維生素C確實可以提高誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)效率，但作用的方式卻不是清除氧自由基的抗氧化作用。

·實驗的修訂

那是什么機制導(dǎo)致維生素Ｃ提高誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)效率的呢？

先別急，先讓我們確定一下前面的結(jié)論：3因子比4因子產(chǎn)生更多氧自由基，維生素Ｃ可促進3因子的效率，那它促進4因子的效率嗎？如果不促進，那不還是抗氧化劑的作用嗎？

于是，讓我們再重新在4因子條件下重復(fù)這個實驗。好！結(jié)果出來了，維生素Ｃ同樣也可以促進4因子的誘導(dǎo)效率。

這下放心了，維生素Ｃ的作用確實與抗氧化劑無關(guān)，讓我們重新尋找蛛絲馬跡，找到效率提高的真正機制吧！

這可是一個大海撈針的細致活兒，可以誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)機制研究的還不是很清楚，可能的途徑很多；維生素Ｃ起作用的途徑也很多，到底是哪一條在起作用？或者還有我們尚未發(fā)現(xiàn)的途徑？就像警察查案一樣，我們需要把嫌疑人一個一個列出來，進行排查，才能找出真相。

首先，我們先來看已知的可以促進誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)的通路。比如說α-丙戊二酸，一種組蛋白脫乙酰基酶的抑制劑；或者2i、ERK和GSK3b的抑制劑。它們都是在先前的研究中就已經(jīng)證實了對誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)有促進作用，而且我們也了解它們的作用途徑的小分子化合物。

這個實驗的邏輯是這樣的：我們在誘導(dǎo)過程中同時加入足夠量的維生素Ｃ和這些化合物，和單獨加入其中一種做對比，如果同時加入后誘導(dǎo)效率比單加一種要高，就說明它們產(chǎn)生了疊加效應(yīng)，不是利用同一個途徑來提高效率的；反之，就說明維生素C也是通過這條通路起作用的。

但是，這種已知的通路畢竟很少，我們還要想其他辦法。比如說列出與誘導(dǎo)多能性干細胞形成有關(guān)的蛋白，檢測加入維生素C和不加入維生素C時它們的表達量是否有區(qū)別。這里有兩種方法：

首先我們可以用微列陣的方法從mRNA水平來大范圍的掃描幾乎所有蛋白的表達，甚至可以通過每天取樣的方法得到這些蛋白的動態(tài)的表達譜。但是這種方法有幾個缺陷：一是不是非常的精確，往往不能給我們確切的答案；二是它只能告訴我們這個蛋白有沒有在轉(zhuǎn)錄，以及轉(zhuǎn)錄了多少，不能告訴我們實際上有多少蛋白，更不能告訴我們這些蛋白是否在發(fā)揮作用；最后一點，就是誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)的局限性了，我們可以每天取樣，但每天取的樣都是混雜的細胞，處于什么狀態(tài)的都有，而誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)的效率是那么低，真正處于誘導(dǎo)過程中的細胞被大量的混雜的細胞淹沒了，很難得到精確的結(jié)果。

其次，我們還可以應(yīng)用Western bloting的方法來直接檢測某些蛋白的含量，甚至可以通過檢測這些蛋白的活性形式來了解這些蛋白是否真的在起作用。這個方法也有它的局限性：首先，它是通過抗原抗體的反應(yīng)來檢測的，所以如果我們沒有哪種蛋白的抗體，我們就沒有辦法檢測這種蛋白；其次，它是低通量的，每次只能檢測少數(shù)幾種蛋白，如果要把所有“疑兇”蛋白都檢測一遍簡直就要把人累死了，更何況也沒有那么多的標本可供檢測。

在這個工作中，科學(xué)家們也應(yīng)用了這兩種方法，先是動態(tài)監(jiān)測了mRNA的表達譜，又選擇性的研究了兩條他們認為最有可能相關(guān)的蛋白通路：P53通路和ERK通路。

·得到的結(jié)果

結(jié)果怎么樣呢？

首先，VPA和2I與維生素Ｃ合用都出現(xiàn)了疊加效應(yīng)，說明維生素Ｃ產(chǎn)生作用的途徑和它們是不一樣的。

其次，用微列陣的方法監(jiān)測誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)過程中的蛋白表達譜，顯示當我們加入維生素Ｃ后，很多蛋白都有持續(xù)的顯著的快速轉(zhuǎn)錄。

然后，Western blotting的結(jié)果顯示，維生素Ｃ并沒有減少ERK以及ERK的活性形式，但卻明顯降低了P53以及P53通路的另一個蛋白P21的表達。

除此之外，科學(xué)家們還得到了以下結(jié)果：

1，維生素Ｃ并不是加的越多誘導(dǎo)效率就越高，事實上只要加很少的量（10μg/ml）就足夠了，但卻必須持續(xù)的加，也就是說它在誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)的全程都在發(fā)揮作用。

2，維生素Ｃ不但可以誘導(dǎo)小鼠的成纖維細胞成為誘導(dǎo)多能性干細胞，也可以誘導(dǎo)小鼠的乳腺細胞，以及人的成纖維細胞、骨膜細胞等多種細胞，說明它的作用是廣泛的，沒有細胞種類或種屬的特異性。

3，維生素Ｃ可以將部分重編程的小鼠細胞重新帶入重編程進程，使它們完全重編程成為完全的誘導(dǎo)多能性干細胞。

·結(jié)果分析

在我們分析結(jié)果以前，我們有必要先講一講P53。

在前面的誘導(dǎo)多能性干細胞大事記里，我們已經(jīng)提到過P53了：

2008年11月5日，北京大學(xué)的鄧宏魁教授在《細胞?干細胞》雜志上發(fā)表文章，發(fā)現(xiàn)P53的小RNA干擾化合物UTF1可大幅度提高誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)效率，開創(chuàng)了P53在誘導(dǎo)多能性干細胞機制研究中的先河。

2009年8月9日，山中伸彌其他四位胚胎干細胞研究方面的大牛同時分別在《自然》雜志發(fā)表文章，討論P53通路在誘導(dǎo)多能性干細胞形成機制中的重要作用?？梢哉f在誘導(dǎo)多能性干細胞機制研究中2009年是P53年。

P53可以說是迄今為止發(fā)現(xiàn)最早研究最多的一個抑癌基因，它與腫瘤的發(fā)生、生長和凋亡都密切相關(guān)。它可以選擇性的抑制或促進某些細胞有絲分裂酶，阻礙細胞進入DNA合成期，抑制細胞的分裂和增殖，這樣就使被損傷的DNA有時間得以修復(fù)；或者啟動凋亡過程，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子以抑制細胞分裂而阻止腫瘤的發(fā)生。

通俗點說，就是P53就是這樣一個基因：當一個細胞的DNA受到損傷時，它就會大量出現(xiàn)，阻止這個細胞繼續(xù)分裂，好讓DNA有時間修復(fù)（否則DNA的損傷就會傳到子代細胞，那就是突變了，而絕大多數(shù)的突變對細胞來說都是不利的，甚至有些還會導(dǎo)致腫瘤。）；如果DNA的損傷太嚴重了沒法兒修復(fù)，P53又可以啟動凋亡程序，讓細胞有組織有步驟地自殺；或者使細胞停止生長，細胞的端粒酶活性降低，端粒功能異常，導(dǎo)致細胞衰老，最終導(dǎo)致細胞死亡。

讓我們回過頭來說誘導(dǎo)多能性干細胞，經(jīng)典的誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)都是要有基因插入的，就算沒有插入，也會有染色體、DNA的劇烈變化，這種變化對細胞來說就有可能被理解成DNA損傷，從而啟動P53系統(tǒng)，導(dǎo)致細胞凋亡或者衰老。這樣，原本應(yīng)該繼續(xù)增殖變化的許多細胞就中途夭折了，這也許就是造成誘導(dǎo)多能性干細胞誘導(dǎo)效率低下的一個原因。

具體到維生素Ｃ這個案例，在實驗中并沒有檢測到細胞凋亡有什么改變，而效率的提高卻特別的明顯，所以，科學(xué)家們推測，維生素Ｃ的作用可能與細胞衰老有關(guān)，而P53也許只是一個“幫兇”，真正的作用機制還待進一步研究。

·預(yù)期展望

從維生素Ｃ的作用方式上來看，它是一個廣譜的長期的小劑量的作用，說明它的作用應(yīng)該不是在某一個時間點上針對某一個蛋白的作用，也就是說它不是一個開關(guān)作用，也沒有反饋調(diào)節(jié)，而且又有可能是對衰老起作用的，所以它可能起作用的方面有以下幾個：

a.細胞周期。細胞是在不斷的分裂的，它每分裂一次就會周而復(fù)始的經(jīng)歷一次細胞周期，每個周期都要經(jīng)歷同樣的一些事件，受同樣的一些酶的控制。在這個過程中有一些開關(guān)，也有正負反饋的調(diào)節(jié)，但是也有一些持續(xù)性的作用。

b.表觀遺傳學(xué)變化。表觀遺傳學(xué)是研究基因的核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達了可遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科。我們可以這樣理解，把誘導(dǎo)多能性干細胞的誘導(dǎo)過程看作是一次拆遷，不過這是一種原地重建的“拆遷”，我們把一所房子拆了，再用這個房子的材料重新蓋一間，這樣新的房子就會不可避免的帶有老房子的印記，但我們一次又一次的拆了重建，老房子的印記就會不可避免的發(fā)生變化。維生素Ｃ在這個變化中起什么作用呢？維生素Ｃ是氧化酶和羥化酶的輔助因子，我們需要研究這兩類酶在誘導(dǎo)多能性干細胞的表觀遺傳學(xué)上的改變來確定維生素Ｃ是否是在這個方面發(fā)揮的作用。

c.能量代謝。因為維生素Ｃ是在持續(xù)的起作用，所以我們也可以推測它與細胞的能量代謝有關(guān)，而能量代謝也與衰老密切相關(guān)。

關(guān)于維生素Ｃ的前期研究為我們打開了一扇神奇的大門，門里面是什么還未得而知，而僅僅站在門口觀望就已經(jīng)讓我們興奮不已了。后續(xù)的研究將把我們帶入一個更為神奇的世界。