由美國明尼蘇達大學領導的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一條關鍵性的分子機制，調(diào)控了胚胎干細胞是選擇繼續(xù)增殖并維持在干細胞狀態(tài)，或是分化形成諸如大腦、肝臟或皮膚等的成體細胞。他們在小鼠干細胞實驗中發(fā)現(xiàn)了控制兩種相互競爭細胞過程的關鍵環(huán)。相關研究論文發(fā)表在《細胞結(jié)構(gòu)和分子生物學》（Nature Structure and Molecular Biology)雜志上。

領導這一研究的是明尼蘇達大學荷美爾（Hormel  Institute）研究所所長董子鋼（ Zigang Dong ）教授和副主任Ann M. Bode。董子鋼教授早年畢業(yè)于河南醫(yī)科大學，后分別在美國哥倫比亞大學和美國國家腫瘤研究院從事博士及博士后研究工作。其主要研究領域為腫瘤的病因?qū)W，腫瘤發(fā)病的機制和預防。曾同時榮任2個明尼蘇達大學（endowed professorships）講席教授職位，獲得明尼蘇大大學授予的Mcknight Presidential professorship 最高榮譽獎。現(xiàn)同時兼任美國國家衛(wèi)生研究院研究經(jīng)費評委會成員，中國國家自然科學基金會評委專家成員。

這項工作對于兩個研究領域均具有重要的意義：其一，可利用該機制阻斷細胞增殖，達到癌癥治療的目的；其二，針對損傷或疾病患者的成體干細胞移植研究領域，基于該原理可通過維持細胞增殖，以獲得足夠數(shù)量的細胞用于制造可用的器官或組織。

董子鋼說：“這是一項突破性的研究，為再生醫(yī)學的發(fā)展提供了重要的分子基礎。這一研究將幫助開發(fā)出新一代藥物，在癌癥、衰老、心臟病、糖尿病或外傷引起的癱瘓造成機體損傷后，幫助機體修復和再生。”

該分子機制的中心是一種在胚胎干細胞發(fā)現(xiàn)的稱之為Klf4的蛋白，其主要功能包括維持干細胞分裂增殖，抑制其分化。這表明，Klf4對維持干細胞的重要特性：自我更新能力方面起重要作用。

在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)兩種稱為ERK1和ERK2的酶可以使Klf失活，從而促使細胞啟動分化形成成體細胞。這兩種酶是胚胎干細胞接收到細胞外化學信號時啟動的信號“長龍”中的成員之一。當這些化學信息被傳遞至細胞內(nèi)，兩種酶則隨之展開行動。

在進一步的實驗中，研究人員揭示出了這兩種酶調(diào)控Klf4的機制，證實ERK1和ERK2將一個小分子——磷酸基團添加在了Klf4蛋白上。這意味著給Klf4打上了一個“標簽”，引導回收蛋白質(zhì)的細胞機器來破壞Klf4蛋白。

此外，他們還發(fā)現(xiàn)抑制這兩種酶的活性將使肝細胞維持在自我更新狀態(tài)，抑制其分化。總而言之，他們的研究繪制了這樣的一幅圖畫：ERK1 和 ERK2酶在決定胚胎干細胞及潛在癌細胞（快速增長行為與干細胞非常相似）的命運中起主要作用。

Klf4是成體皮膚細胞重編程為誘導多能干細胞（iPS ）的關鍵作用因子之一。此外，大量研究也證實Klf4可通過激活或抑制某些基因的功能，發(fā)揮致癌因子或抑制因子的效應。基于其他研究團體及他們自己的研究發(fā)現(xiàn)，荷美爾研究所的研究人員認為癌細胞的自我更新程序有可能非常類似于胚胎干細胞。

“盡管 Klf4在癌癥中的功能還存在爭議，一些報告表明 Klf4確實參與了人類的癌癥形成，” Bode說。

荷美爾研究所成立于1942年，是一所享譽世界的醫(yī)療研究中心，主要從事癌癥預防和控制研究。它是明尼蘇達大學下屬的一個研究單位，并與梅奧診所（Mayo Clinic）建立了癌癥研究合作關系。