Cell未远，Nature又至：维生素C抗癌记丨深度关注

上周五（8月18日）BioArt报道了一篇发表在Cell杂志上的论文，文中的主要结论就是通过小鼠肿瘤模型，证明了维生素C可以通过恢复突变的去甲基化酶TET2的活性，促进DNA去甲基化，进而抑制白血病的发生发展（详见：Cell：维生素C真的可以抗白血病丨亮点推荐）。该报道一时间引起众多读者热议，有人认为这样的实验结果是早就能预料的，缺乏新意，难以想象能够发表在Cell，还有人觉得维生素C抗肿瘤并不是一个新鲜的话题，多年以前就有文章报道了。

然而无独有偶，今天又出来一篇Nature，而且还是长文（Article），论文题为“Ascorbate regulates haematopoietic stem cell function and leukaemogenesis”，估计更多人想不通了。那么这个工作的前前后后到底是什么回事？过去有哪些已有的研究成果？最近还有其它杂志也报道了相关工作吗？带着这些问题，我们逐一回答。

谈到这里，先来回顾一下近年来维生素C与干细胞的一些工作。有关维生素C与干细胞之间的关系，早在2009年底中科院广州健康研究院裴端卿课题组就在Cell Stem Cell杂志上发表文章证明了维生素C可以大幅提高iPS细胞的转化效率【1】（这篇文章是当时国内在iPS领域具有重要影响力的论文，目前也是高被引用文章。这篇当时的封面论文正式出版的时还配发了邓宏魁教授的评论文章“”Powering Reprogramming with Vitamin C）。紧接着2011年和2013年，裴端卿课题组相继在Cell Stem Cell和Nature Genetics上发文，进一步揭示了维生素C提高细胞重编程效率的分子机制，这些机包括维生素C对组蛋白去甲基化酶Jhdm1a/1b和DNA去甲基化酶TET1的调控（TET1的工作是与中科院生化细胞所徐国良院士课题组合作完成）【2,3】。

2010年第一期出版的Cell Stem Cell封面

维生素C为什么能够调控组蛋白去甲基化酶jumonji家族蛋白和DNA去甲基化酶TET家族蛋白？这是由于维生素C在细胞体内通常可以作为电子供体将铁离子维持在二价状态（Fe2+），而依赖于铁离子和α-酮戊二酸的一类双加氧酶只有在铁离子处于二价状态才会有活性。从是表观遗传研究的研究人员应该知道，在细胞内由两大类酶（组蛋白去甲基化酶jumonji家族蛋白和DNA去甲基化酶TET家族蛋白）主要是依赖于铁离子和α-酮戊二酸起作用的。有了这层意思就不难明白维生素C的重要作用了。而关于维生素C对TET的调控，事实上早2013年有4篇论文先后发表，除了裴端卿组的论文，其余的分别发表在Nature、JACS和JBC（2013年JBC最佳论文）上【4,5,6】。

理论上维生素C能够调控TET1/2/3，但是为什么会一直聚焦到TET2呢？事实上在科学家还没有认识到TET是DNA去甲基化酶的时候，许多临床研究就发现在白血病患者中TET2高频突变【7,8】。早在2011年纽约大学医学院Iannis Aifantis组就在Cancer Cell杂志报道了TET2对造血干细胞自我更新的调控作用【9】，所以日前在Cell发表就不足为奇了。

回到Nature这篇章，该文是来自美国德克萨斯西南医学中心Sean J. Morrison组（Sean J. Morrison是HHMI研究员，长期从事造血干细胞以及白血病相关研究）。

Sean J. Morrison

这个Nature上的story完全不同于前几日发表在Cell上的那个，该工作是从分析造血干细胞的代谢物出发，最后发现维生素C在造血干细胞重大量富集，锁定了维生素C之后根据以往的文献很容易联想到对TET的调控，然后文章顺势而下。

我们知道，饮食可以通过改变胰岛素等调节信号影响干细胞的功能【10】，而饮食是否能通过代谢物浓度变化影响干细胞，还是未知的。要知道，有关代谢与干细胞的研究，大多都是通过改变培养基中的营养成分实现的，并不是生理状态下的情况，而人体是一个复杂的有机体，代谢物的水平由多个器官，多种类型的细胞共同控制，显然，在培养基中进行的研究可能难以反应人体内的真实情况。而要研究生理状态下代谢物的改变与干细胞的关系并不容易，主要原因是现有的代谢组分析需要用到大量细胞，而从组织中获得这么多的干细胞是非常困难的，Takubo等为了研究造血干细胞的糖代谢，在一次实验中，就需要提取120只小鼠的骨髓【11】。

研究者为了克服以上困难，将流式细胞仪与液相质谱联用，可以快速地大量富集有活性的干细胞并得到细胞内稳定的代谢物的水平。（图1）

通过该方法，研究者发现造血干细胞中富集大量的维生素C，并且浓度随着分化程度的提高而降低。而剥夺维生素C的摄入后，造血干细胞的数量增加（图2）。

随后，研究者证明，缺乏维生素C可以通过影响TET2的活性影响造血干细胞和白血病细胞的功能以及低水平的维生素C可以加快白血病的进程（图3）。

重要的是，研究者发现维生素C对白血病的影响是可逆的，通过在小鼠的饮食中增加维生素C，可以延长小鼠的生存时间（图4）。

文章的最后，研究者非常诚恳的写到，本研究并不是为了说明维生素C是如何调节TET的，而是将代谢的研究从培养基中的细胞拓展到了生理水平代谢物变化是如何影响干细胞功能以及肿瘤进程的。笔者认为这也是该研究的亮点和意义。

值得注意的是，在西方国家，人群中维生素C的含量差别有10倍之多【12】，而维生素C含量低的人更容易死于癌症【13】,在老年人中，克隆性造血较为普遍，且多为TET2突变，所以在饮食中适量增加维生素C的摄入，可以加强TET蛋白的抑癌效果。

连看两篇维生素C与白血病的文章，对代谢和表观遗传研究有所了解的读者是否想到了这样的问题——“维生素C能治疗IDH突变白血病吗？”IDH（异柠檬酸脱氢酶）突变与TET突变都是白血病中常见的基因突变类型。IDH可以通过将2-KG转变成2-HG从而抑制以2-KG为底物发挥去甲基化酶作用的TET蛋白的活性，而维生素C可以促进TET的活性，那么当IDH突变，TET活性受抑制时，维生素C仍能增强TET的活性，抑制肿瘤进程吗？有趣的是，早在今年6月30日，就已经有研究者在回答这个问题了。白血病研究权威杂志LEUKEMIA发表英属哥伦比亚大学M Hirst等人的研究“Vitamin C-induced epigenomic remodelling in IDH1 mutant acute myeloid leukaemia”， 该研究发现添加维生素C可以显著抑制IDH突变型白血病细胞的增殖【14】。（图5）

而领一项去年7月份Peter A. Jones（肿瘤表观遗传学领域的奠基人，37年前率先发现了 5-aza-2′-deoxycytidine对DNA甲基化的抑制，大力推动了该药在临床上治疗白血病的应用）课题组发表在PNAS上的文章很有意思的将维生素C与FAD已经批准的药物DNA甲基化抑制剂 5-aza-2′-deoxycytidine联合使用，对于治疗白血病会有更好的效果，而且维生素C的作用也是依赖于TET2的功能的【14】。

总的来说，这4项研究为将维生素C作为肿瘤临床治疗辅助用药以及高危人群的营养支持治疗提供了理论和实验基础，然而考虑到在某些情况下，维生素C会拮抗化疗药物的疗效【15】，所以有关维生素C的抗肿瘤作用还需要进一步的探索。

至于说发表在Cell和Nature上的这两项工作是否qualify，这个交由读者自己做出判断吧。把文章发表在CNS上有很多因素，故事是否讲的好、通讯作者是不是领域权威、文章是否建立新的concept、格局是否够大等等都是影响因素。但是在关注CNS的同时也要关注同一时间段发表的类似工作，因为发表在LEUKEMIA和PNAS上的工作也同样重要，而且都还是早于Cell和Nature发表，这也从另一个角度说明了即便是存在某种意义上的scoop，只要工作做得足够好，该发在什么杂志上依然可以发出来。

最后提一下，Nature这篇文章是去年9月份投稿，今年8月14日接受；Cell是今年四月份投稿，7月21日接受。

参考文献：

1. Esteban, M.A., Wang, T., Qin, B., Yang, J., Qin, D., Cai, J., Li, W., Weng, Z., Chen, J., Ni, S., et al. (2010). Vitamin C enhances the generation of mouse and human induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell 6, 71–79.

2、Wang, T., Chen, K., Zeng, X., Yang, J., Wu, Y., Shi, X., ... & Pei, D. (2011). The histone demethylases Jhdm1a/1b enhance somatic cell reprogramming in a vitamin-C-dependent manner. Cell stem cell, 9(6), 575-587.

3、Chen, J., Guo, L., Zhang, L., Wu, H., Yang, J., Liu, H., ... & Liu, J. (2013). Vitamin C modulates TET1 function during somatic cell reprogramming. Nature genetics, 45(12), 1504-1509.

4、Yin, R., Mao, S.Q., Zhao, B., Chong, Z., Yang, Y., Zhao, C., Zhang, D., Huang,H., Gao, J., Li, Z., et al. (2013). Ascorbic acid enhances Tet-mediated 5-methylcytosine oxidation and promotes DNA demethylation in mammals. J. Am.Chem. Soc.135, 10396–10403

5、Blaschke, K., Ebata, K. T., Karimi, M. M., Zepeda-Martínez, J. A., Goyal, P., Mahapatra, S., ... & Lorincz, M. C. (2013). Vitamin C induces Tet-dependent DNA demethylation in ESCs to promote a blastocyst-like state. Nature, 500(7461), 222.

6、Minor, E. A., Young, J. I., & Wang, G. (2013). Ascorbate induces ten-eleven translocation (Tet) methylcytosine dioxygenase-mediated generation of 5-hydroxymethylcytosine. Journal of Biological Chemistry, 288(19), 13669-13674.

7、Delhommeau, F., Dupont, S., Valle, V. D., James, C., Trannoy, S., Massé, A., ... & Lécluse, Y. (2009). Mutation in TET2 in myeloid cancers. New England Journal of Medicine, 360(22), 2289-2301.

8、Kosmider, O., Gelsi-Boyer, V., Racoeur, C., Jooste, V., Vey, N., Quesnel, B., ... & Dreyfus, F. (2009). TET2 gene mutation is a frequent and adverse event in chronic myelomonocytic leukemia. Haematologica,.

9、Moran-Crusio, K., Reavie, L., Shih, A., Abdel-Wahab, O., Ndiaye-Lobry, D., Lobry, C., ... & Perna, F. (2011). Tet2 loss leads to increased hematopoietic stem cell self-renewal and myeloid transformation. Cancer cell, 20(1), 11-24.

10. Mihaylova, M. M., Sabatini, D. M. & Yilmaz, O. H. Dietary and metabolic control stem cell function in physiology and cancer. Cell Stem Cell 14, 292–305 (2014)

11. Takubo, K. et al. Regulation of glycolysis by Pdk functions as a metabolic checkpoint for cell cycle quiescence in hematopoietic stem cells. Cell Stem Cell 12, 49–61 (2013)

12. Schleicher, R. L., Carroll, M. D., Ford, E. S. & Lacher, D. A. Serum vitamin C and the prevalence of vitamin C defciency in the United States: 2003-2004 National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES). Am J Clin Nutr 90, 1252–1263 (2009)

13. Loria, C. M., Klag, M. J., Caulfeld and Paul K Whelton, Vitamin C status and mortality in US adults, Am J Clin Nutr 72.139-145(2000)

14、Liu, M., Ohtani, H., Zhou, W., Ørskov, A. D., Charlet, J., Zhang, Y. W., ... & Jones, P. A. (2016). Vitamin C increases viral mimicry induced by 5-aza-2′-deoxycytidine. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(37), 10238-10244.

15、Mark L. Heaney, Jeffrey R. Gardner, Nicos Karasavvas, David W. Golde, David A. Scheinberg, Emily A. Smith and Owen A. O'Connor. Vitamin C Antagonizes the Cytotoxic Effects of Antineoplastic Drugs. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-1490 Published October 2008

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