1.关于干细胞的分化和培养液中的成分
以东京工业大学生命理工学院生命理工学系、京都大学研究生院生命科学研究科两个研究机构为中心，由神户大学、熊本大学、东京大学以及味之素株式会社组成的研究小组，致力于研究人类多能性干细胞（pluripotent stem cells, PSC）不分化，即为了维持未分化状态，明确了蛋氨酸代谢和锌的作用。
利用这个研究成果，开发了诱导胰脏β细胞分化的新的培养方法，作为研究成果发表了。
利用人多能性干细胞分化诱导胰脏β细胞的最大问题是，不同细胞系分化诱导的效率不同。
效率不同，在研究业界被认为是“无法再现”或“对再现性感到不安”。
在再现性有问题的情况下，不仅作为研究的结果解释变得困难，即使想应用这个方法用于轮唱的治疗也经常纠缠安全性的问题，所以很难实用化。
作为解决这个问题的契机，研究小组试图开发出兼顾安全性和效率化的分化培养方法。
研究小组将着眼点放在了甲硫氨酸及其代谢物上。
2.蛋氨酸是什么?
蛋氨酸是氨基酸的一种，被分类为侧链含有硫的疏水性氨基酸。
蛋氨酸是必需氨基酸之一，作为以信使RNA为模板的蛋白质翻译开始的信号分子而被熟知。
蛋氨酸是广泛存在于水果、蔬菜、肉、豆科植物中的氨基酸。
在肉类中，鸡肉、牛肉、鱼肉等大部分食物中都含有奶酪。
在植物中，菠菜、青豆、大蒜、玉米、开心果、腰果和四季豆中含量特别高。
在体内，有降低血液中的胆固醇值，去除活性氧的作用。另外，由于具有向丙酮酸代谢的路径，所以也具有糖原性的性质。
具有糖原性的氨基酸（糖原性氨基酸）是指在氨基转移等脱氨基之后，剩余的碳骨架用于糖异生的氨基酸。
它是由柠檬酸循环的中间体草酰乙酸经由糖酵解转化为葡萄糖的氨基酸。
另外，通过硫磺移动路径，参与半胱氨酸、肉碱、牛磺酸的生物合成，以及卵磷脂的磷酸化等磷脂质的生成。
甲硫氨酸如果接受了不适当的转换，则可能会成为动脉硬化症的原因。
3.胰脏β细胞及其分化诱导
胰脏β细胞为了维持血液中的葡萄糖浓度而分泌胰岛素。
1型糖尿病是由于胰脏β细胞因某种原因被破坏，胰岛素不能分泌到血中而发病的。
作为根治治疗，有胰腺或胰岛的移植，但是供体不足，随着人类干细胞研究的兴盛，很多研究机构都在研究使用干细胞诱导胰腺β细胞分化移植的治疗方法。
但是，由于干细胞的细胞系不同，分化诱导效率也不同，导致实验再现性出现很多问题，因此分化诱导的效率化成为研究的焦点。
为了从干细胞分化诱导必要的细胞，需要优化细胞分化时使用的培养液。
培养液中含有氨基酸、糖、维生素、矿物质等基础物质和生长因子、信号抑制剂等物质。
研究小组根据这个培养液的组成，着眼于基础培养基。
多能性干细胞维持未分化性的一个条件是细胞内存在作为甲硫氨酸代谢物的S-腺苷甲硫氨酸。
如果缺乏甲硫氨酸，干细胞内的S-腺苷甲硫氨酸就会减少，从而形成适合分化诱导的细胞内状态，研究小组在2014年开发了去除甲硫氨酸的干细胞用培养液。成功地选择性地清除了初期分化促进和分化时残留的未分化细胞。
4.干细胞用培养基的改良
该研究小组试图在干细胞分化控制过程中明确蛋氨酸代谢路径下游的分子运动。
对基因表达的动向进行了全面的分析，结果团队关注的基因是锌排出转运体SLC30A1。
这个基因所覆盖的蛋白质所涉及的锌，对于生物来说是必需的微量元素。
锌具有稳定蛋白质结构、诱导一部分酶群的活性、维持活性、细胞内信号传递等广泛的作用。
人类DNA编码的蛋白质中，有10%的蛋白质具有与锌结合的结构，胰岛素也需要锌来稳定结构。
甲硫氨酸和锌之间的关系是，如果几个小时缺乏甲硫氨酸，细胞内蛋白质结合型的锌就会减少。
也就是说，锌的浓度减少，这次的研究表明，这一现象与甲硫氨酸代谢物——同型半胱氨酸有关。
根据这些结果，味之素株式会社开发了去除锌的培养基，培养干细胞的话，就会发生因缺乏甲硫氨酸而引起的现象。
也就是说，在存在甲硫氨酸的状态下，如果没有锌，细胞的状态就和缺乏甲硫氨酸的细胞一样。
研究小组根据这些结果得出结论，缺乏甲硫氨酸会降低干细胞内锌的含量，从而导致细胞分化。
此外，还成功地使用脱锌培养液将多个多能性干细胞分化为内胚层，通过将该方法与甲硫氨酸缺乏培养液相结合，从多能性干细胞中成功诱导分化出功能性胰脏β细胞。
这个方法与以前的方法相比，在确定性和效率性上都非常优秀。
而且，这种分化诱导方法可以抑制未分化细胞的混入，避免细胞肿瘤化的风险。
这两点在使用干细胞的技术中是非常重要的，这个特点使得在这个研究中开发的分化诱导方法非常优秀。
此外，该方法还被证实可以用于诱导分化成胰脏以外的其他器官。
也就是说，这是一种通用性非常高的分化诱导方法。
5.扩展到胰脏以外的研究成果
前面已经说过，这种方法可以用于诱导胰脏以外的其他器官的分化，但这项研究取得了更大的成果。
那就是在世界上首次证明了多能性干细胞的未分化性维持、分化诱导与氨基酸和矿物质的关联性有关。
不仅仅是干细胞，在培养细胞时使用的培养液中含有各种各样的营养和矿物质。
任何物质都对细胞的维持、增殖等具有某种作用和功能，但是在干细胞的培养技术中，明确氨基酸和矿物质的关系性的研究至今还没有进行。
通过氨基酸链的三维结构形成蛋白质，蛋白质和锌等矿物质之间的关系已经在各种细胞内现象中被阐明。
例如，有一种代谢药物的药物代谢酶叫cytochrome P450。
Cytochrome P450有很多种类，有CYP1A1、CYP1A2这样的CYP1A family，以CYP3A4为代表的CYP3A family等多种酶。
这些酶与铁有密切的关系，具有酶的活性，在大部分情况下，铁是药物代谢的必需品。
虽然在干细胞中也预测了矿物质之间的关系，但还没有像这次的研究那样确定对方的氨基酸，并明确包括具体的信号路径的研究。
该研究成果为今后干细胞用培养液的开发提供了很大的启示，预计今后几年将会不断开发出以矿物质和氨基酸的关系为重点的新型培养液。
在干细胞的研究，以及使用干细胞的再生医疗方面，这次的研究是巨大的贡献，是提高技术革新速度的研究成果。
另外，如果移植用的胰脏β细胞能够在高安全性下有效率地生产，糖尿病治疗肯定会有很大的进步。
本文由日文网站翻译而来，原链接：https://stemcells.or.jp/psc/
