1.大家都知道的维生素C

·维生素C的故事

说起维生素C，它的大名可以说是无人不知、无人不晓吧？可以说是最重要的维生素之一，也是最早发现和研究最多的维生素之一。

不过在这里我们还是要再多罗嗦几句：

世界上的大多数脊椎动物都是可以自己合成维生素C的，只有包括人类在内的灵长类、豚鼠和某些飞行类哺乳动物不能自己合成，是缺乏一种“古洛内酯氧化酶”的酶，所以不能自己合成，只能靠外界补充。

坏血病在20世纪以前曾长期肆虐，死人无数，到了现代社会，坏血病早就已经快成了被遗忘的单词了，但是维生素Ｃ缺乏症还是有的，特别是那些饮食习惯不够好的人。如果你很少吃蔬菜水果，有经常有牙龈出血啦、牙齿动摇啦，皮肤有小的瘀斑啦的，那就很有可能是缺乏维生素C了，需要调整饮食习惯了。

维生素C是一种相对很安全的维生素，即使一次大量服用也不会造成伤害，因为它会随着尿液很快的排出体外。不过有报道说长期大量服用会导致泌尿系结石，所以吃够量就行了。

目前国际上普遍实行的是每人每天补充60~75mg。

·以前我们用维生素C做什么？

维生素C有什么作用呢？

从机制上讲，维生素Ｃ主要是做为一种抗氧化剂在机体中起作用的，这种抗氧化剂的作用又主要是作为氧化酶的辅助因子（很多维生素都是各种酶的辅助因子）来发挥作用的。这些酶主要是羟化酶，可以把小分子物质比如氨基酸进行羟化，从而改变结构，产生作用。是胶原蛋白、肉碱和去甲肾上腺素合成所必需的，这些都是机体维持正常生理功能所必需的，所以可以想见，缺乏维生素Ｃ最终会导致死亡。

此外，维生素Ｃ还可以降解病毒的核酸，提高人体中性粒细胞的活性，破坏过敏物质组胺，从而在免疫系统发挥作用；避免低密度脂蛋白的过氧化，保护血管内皮免收低密度脂蛋白毒害而预防动脉粥样硬化和冠心病；清除活性自由基而预防肿瘤，减缓衰老等等。

有趣的是，维生素C还可以在体外诱导胚胎干细胞向心肌细胞分化，虽然具体的作用机制还没有搞清楚，但这个方法已经广泛的应用于实验室研究了。

与维生素C相似的，还有维生素Ａ的中间代谢产物维甲酸，20世纪80年代国外有人发现它可以诱导干细胞向神经细胞分化，上海瑞金医院的王振义教授提出了一种理论，叫做：“全反式维甲酸诱导分化疗法”，认为由于癌细胞分化程度越低恶性化程度越高，如果我们人为的促进癌细胞的分化，就可以阻止癌细胞的恶化而治疗癌症。应用这一理论，王教授利用维甲酸治疗急性早幼粒细胞白血病(APL)获得成功，荣获了国家科技进步奖。

那么，维生素Ｃ是否也可以治疗肿瘤呢？让我们拭目以待。

2.维生素Ｃ在诱导多能性干细胞培养中的作用——一个有趣的科研实例

·维生素Ｃ的新作用

在前面我们已经提到过：2010年1月8日，中国科学院广州生物医药与健康研究院裴端卿实验室在《细胞干细胞》杂志发表文章，发现维生素Ｃ可大幅度提高人和小鼠的诱导多能性干细胞诱导效率。

维生素Ｃ可促进诱导多能性干细胞的效率

诱导多能性干细胞是一个非常非常有前景的技术，但是它的效率十分低下却是一个让人非常头痛的问题。在最初的研究中，小鼠的细胞只有千分之一可以诱导成功，而人类的就更可怜了，只有万分之一，这对诱导多能性干细胞的机制研究和应用开发都是一个横亘不去的障碍。

所以各国科学家都在朝着这个方向使劲，你追我赶，各出奇招。在这个领域我国的科学家也不甘人后，在世界上首次发现可以利用我们耳熟能详的维生素Ｃ来提高诱导多能性干细胞的诱导效率，使诱导多能性干细胞的诱导实验从此走向了快车道。

在这个工作中，科学家们发现，在诱导过程中加入维生素Ｃ不但能大幅度的提高诱导多能性干细胞的诱导效率，还可以提高它的诱导速度，并且在小鼠的实验中可以看到，加入维生素Ｃ后原本只是部分地被重编程的细胞也重新走回了重编程的道路，最终完全重编程成为名符其实的诱导多能性干细胞。

这是一个非常有趣的实验，通过它我们可以了解科学家们是如何工作的。如何发现问题，解决问题的。

·最初的假设

要谈到维生素Ｃ，让我们先谈谈SOD――超氧化物歧化酶，这个酶是干什么的呢？是用来清除自由基的，通过它我们都知道了自由基的大名。

那么自由基又是什么呢？我们知道，现代物理学认为，整个物质世界都是由原子组成的，原子又是由原子核以及在核外高速运动的电子组成。原子之间相互作用，就可以结合成分子，而分子就可组成包括生物在内的大千世界。

当原子组成分子的过程中，它们都要遵循一条特殊的法则：配对原则。就是它们外围的电子一定要成对出现，如果有不配对的现象它们就会非常活跃，四处寻找配对电子，直到配对成功，才会稳定下来。这种外围有不配对电子的“结婚狂”分子就是自由基了。

其实“结婚狂”自由基在机体里是不可或缺的，它在我们传递能量的电子传递链中起着重要的作用，就好像很多单身汉在单位里都是骨干一样。但是一旦脱离了“单位”，无所事事的“结婚狂”就要生事了，攻击细胞膜，攻击DNA，是引起衰老的主要因素。

而维生素Ｃ作为一种抗氧化剂正是清除自由基，特别是氧自由基的主力军之一。

那么我们为什么要把维生素Ｃ应用于诱导多能性干细胞呢？

首先，是基于这样一个事实：大家在培养细胞时，都发现体外培养的细胞非常容易衰老，通常传不了几代就死了，死以前表现出很明显的衰老迹象。

其次，在诱导诱导多能性干细胞时，大家都发现，用4个因子比3个因子（没有c-Myc）效率高很多。C-Myc是一个原癌基因，而癌细胞是很少有衰老现象出现的。

所以，科学家们就做了这样一个实验：分别用病毒把4个因子和3个因子转入小鼠的成纤维细胞，然后测量这些细胞内的氧自由基的含量，结果发现3因子的比4因子及只转入了空病毒的对照细胞的氧自由基含量高出了2.5-3倍。

于是，科学家们就调配了一个抗氧化剂的组合来处理这些细胞，包括维生素B1、维生素C、谷胱甘肽和亚硒酸钠，结果发现果然可以提高3因子的诱导效率。科学家们继续分别研究这些化合物的作用，结果发现：①维生素Ｂ１、谷胱甘肽和维生素Ｃ都可以下调被诱导细胞内的氧自由基含量；②只有维生素Ｃ可以大幅度提高3因子的诱导效率；③其他抗氧化剂如白藜芦醇、维生素Ｅ等也都不能提高3因子的诱导效率。

这就得出了一个非常令人吃惊的结论：维生素C确实可以提高诱导多能性干细胞的诱导效率，但作用的方式却不是清除氧自由基的抗氧化作用。

·实验的修订

那是什么机制导致维生素Ｃ提高诱导多能性干细胞的诱导效率的呢？

先别急，先让我们确定一下前面的结论：3因子比4因子产生更多氧自由基，维生素Ｃ可促进3因子的效率，那它促进4因子的效率吗？如果不促进，那不还是抗氧化剂的作用吗？

于是，让我们再重新在4因子条件下重复这个实验。好！结果出来了，维生素Ｃ同样也可以促进4因子的诱导效率。

这下放心了，维生素Ｃ的作用确实与抗氧化剂无关，让我们重新寻找蛛丝马迹，找到效率提高的真正机制吧！

这可是一个大海捞针的细致活儿，可以诱导多能性干细胞的诱导机制研究的还不是很清楚，可能的途径很多；维生素Ｃ起作用的途径也很多，到底是哪一条在起作用？或者还有我们尚未发现的途径？就像警察查案一样，我们需要把嫌疑人一个一个列出来，进行排查，才能找出真相。

首先，我们先来看已知的可以促进诱导多能性干细胞诱导的通路。比如说α-丙戊二酸，一种组蛋白脱乙酰基酶的抑制剂；或者2i、ERK和GSK3b的抑制剂。它们都是在先前的研究中就已经证实了对诱导多能性干细胞的诱导有促进作用，而且我们也了解它们的作用途径的小分子化合物。

这个实验的逻辑是这样的：我们在诱导过程中同时加入足够量的维生素Ｃ和这些化合物，和单独加入其中一种做对比，如果同时加入后诱导效率比单加一种要高，就说明它们产生了叠加效应，不是利用同一个途径来提高效率的；反之，就说明维生素C也是通过这条通路起作用的。

但是，这种已知的通路毕竟很少，我们还要想其他办法。比如说列出与诱导多能性干细胞形成有关的蛋白，检测加入维生素C和不加入维生素C时它们的表达量是否有区别。这里有两种方法：

首先我们可以用微列阵的方法从mRNA水平来大范围的扫描几乎所有蛋白的表达，甚至可以通过每天取样的方法得到这些蛋白的动态的表达谱。但是这种方法有几个缺陷：一是不是非常的精确，往往不能给我们确切的答案；二是它只能告诉我们这个蛋白有没有在转录，以及转录了多少，不能告诉我们实际上有多少蛋白，更不能告诉我们这些蛋白是否在发挥作用；最后一点，就是诱导多能性干细胞诱导的局限性了，我们可以每天取样，但每天取的样都是混杂的细胞，处于什么状态的都有，而诱导多能性干细胞诱导的效率是那么低，真正处于诱导过程中的细胞被大量的混杂的细胞淹没了，很难得到精确的结果。

其次，我们还可以应用Western bloting的方法来直接检测某些蛋白的含量，甚至可以通过检测这些蛋白的活性形式来了解这些蛋白是否真的在起作用。这个方法也有它的局限性：首先，它是通过抗原抗体的反应来检测的，所以如果我们没有哪种蛋白的抗体，我们就没有办法检测这种蛋白；其次，它是低通量的，每次只能检测少数几种蛋白，如果要把所有“疑凶”蛋白都检测一遍简直就要把人累死了，更何况也没有那么多的标本可供检测。

在这个工作中，科学家们也应用了这两种方法，先是动态监测了mRNA的表达谱，又选择性的研究了两条他们认为最有可能相关的蛋白通路：P53通路和ERK通路。

·得到的结果

结果怎么样呢？

首先，VPA和2I与维生素Ｃ合用都出现了叠加效应，说明维生素Ｃ产生作用的途径和它们是不一样的。

其次，用微列阵的方法监测诱导多能性干细胞诱导过程中的蛋白表达谱，显示当我们加入维生素Ｃ后，很多蛋白都有持续的显著的快速转录。

然后，Western blotting的结果显示，维生素Ｃ并没有减少ERK以及ERK的活性形式，但却明显降低了P53以及P53通路的另一个蛋白P21的表达。

除此之外，科学家们还得到了以下结果：

1，维生素Ｃ并不是加的越多诱导效率就越高，事实上只要加很少的量（10μg/ml）就足够了，但却必须持续的加，也就是说它在诱导多能性干细胞诱导的全程都在发挥作用。

2，维生素Ｃ不但可以诱导小鼠的成纤维细胞成为诱导多能性干细胞，也可以诱导小鼠的乳腺细胞，以及人的成纤维细胞、骨膜细胞等多种细胞，说明它的作用是广泛的，没有细胞种类或种属的特异性。

3，维生素Ｃ可以将部分重编程的小鼠细胞重新带入重编程进程，使它们完全重编程成为完全的诱导多能性干细胞。

·结果分析

在我们分析结果以前，我们有必要先讲一讲P53。

在前面的诱导多能性干细胞大事记里，我们已经提到过P53了：

2008年11月5日，北京大学的邓宏魁教授在《细胞•干细胞》杂志上发表文章，发现P53的小RNA干扰化合物UTF1可大幅度提高诱导多能性干细胞的诱导效率，开创了P53在诱导多能性干细胞机制研究中的先河。

2009年8月9日，山中伸弥其他四位胚胎干细胞研究方面的大牛同时分别在《自然》杂志发表文章，讨论P53通路在诱导多能性干细胞形成机制中的重要作用。可以说在诱导多能性干细胞机制研究中2009年是P53年。

P53可以说是迄今为止发现最早研究最多的一个抑癌基因，它与肿瘤的发生、生长和凋亡都密切相关。它可以选择性的抑制或促进某些细胞有丝分裂酶，阻碍细胞进入DNA合成期，抑制细胞的分裂和增殖，这样就使被损伤的DNA有时间得以修复；或者启动凋亡过程，通过调节转录因子以抑制细胞分裂而阻止肿瘤的发生。

通俗点说，就是P53就是这样一个基因：当一个细胞的DNA受到损伤时，它就会大量出现，阻止这个细胞继续分裂，好让DNA有时间修复（否则DNA的损伤就会传到子代细胞，那就是突变了，而绝大多数的突变对细胞来说都是不利的，甚至有些还会导致肿瘤。）；如果DNA的损伤太严重了没法儿修复，P53又可以启动凋亡程序，让细胞有组织有步骤地自杀；或者使细胞停止生长，细胞的端粒酶活性降低，端粒功能异常，导致细胞衰老，最终导致细胞死亡。

让我们回过头来说诱导多能性干细胞，经典的诱导多能性干细胞诱导都是要有基因插入的，就算没有插入，也会有染色体、DNA的剧烈变化，这种变化对细胞来说就有可能被理解成DNA损伤，从而启动P53系统，导致细胞凋亡或者衰老。这样，原本应该继续增殖变化的许多细胞就中途夭折了，这也许就是造成诱导多能性干细胞诱导效率低下的一个原因。

具体到维生素Ｃ这个案例，在实验中并没有检测到细胞凋亡有什么改变，而效率的提高却特别的明显，所以，科学家们推测，维生素Ｃ的作用可能与细胞衰老有关，而P53也许只是一个“帮凶”，真正的作用机制还待进一步研究。

·预期展望

从维生素Ｃ的作用方式上来看，它是一个广谱的长期的小剂量的作用，说明它的作用应该不是在某一个时间点上针对某一个蛋白的作用，也就是说它不是一个开关作用，也没有反馈调节，而且又有可能是对衰老起作用的，所以它可能起作用的方面有以下几个：

a.细胞周期。细胞是在不断的分裂的，它每分裂一次就会周而复始的经历一次细胞周期，每个周期都要经历同样的一些事件，受同样的一些酶的控制。在这个过程中有一些开关，也有正负反馈的调节，但是也有一些持续性的作用。

b.表观遗传学变化。表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。我们可以这样理解，把诱导多能性干细胞的诱导过程看作是一次拆迁，不过这是一种原地重建的“拆迁”，我们把一所房子拆了，再用这个房子的材料重新盖一间，这样新的房子就会不可避免的带有老房子的印记，但我们一次又一次的拆了重建，老房子的印记就会不可避免的发生变化。维生素Ｃ在这个变化中起什么作用呢？维生素Ｃ是氧化酶和羟化酶的辅助因子，我们需要研究这两类酶在诱导多能性干细胞的表观遗传学上的改变来确定维生素Ｃ是否是在这个方面发挥的作用。

c.能量代谢。因为维生素Ｃ是在持续的起作用，所以我们也可以推测它与细胞的能量代谢有关，而能量代谢也与衰老密切相关。

关于维生素Ｃ的前期研究为我们打开了一扇神奇的大门，门里面是什么还未得而知，而仅仅站在门口观望就已经让我们兴奋不已了。后续的研究将把我们带入一个更为神奇的世界。