诱导性多功能干细胞——产生,发展,应用及展望

诱导性多功能干细胞

——产生，发展，应用及展望

张博文，杨星九，李玖一，白末*

摘要：在胚胎干细胞研究因伦理道德和免疫排斥问题而受阻的时候，诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell，以下简称iPS细胞)的横空出世为干细胞研究指明了一条新的方向。近几年来iPS细胞研究取得了许多突破性的进展，其广泛的应用前景更向人们昭示着一个新的时代的到来。本文主要从iPS细胞的发展历程入手，综述了iPS细胞的理论及应用研究的关键进展，并对之后的研究进行了展望。

关键词：诱导性多功能干细胞，胚胎干细胞，病毒，癌变，细胞治疗

Abstract:When the embryonic stem cell research was blocked by ethical issues and immune rejection, induced pluripotent stem cell (hereinafter referred to as iPS cells), turned out for stem cell research indicated a new direction. iPS cells’ research in recent years has made many breakthroughs, prospects for its wide application to remind people of a new era. This article summarizes the theory and application of iPS cells, and the key to progress in the study, from the iPS cells to start the development process, and discussed the study in the future.

Key words：induced pluripotent stem cell, embryonic stem cell, virus, Canceration, cell therapy

IPS细胞是通过向体细胞中导入诱导基因，使体细胞重编程获得具有胚胎干细胞样特性的多能干细胞。iPS细胞的产生可谓干细胞领域的新里程碑。近几年，iPS细胞的研究突飞猛进，本文中结合最新的研究结果，综述了iPS细胞的产生背景、发展历程及其应用前景，并对今后iPS的研究发展进行了客观的展望。

1产生背景

干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。其中胚胎干细胞(Embrtibuc stem cell)更是具有全部的全能性，能够分化成人体内的所有细胞，具有非常广阔的应用前景。

早在上个世纪，人类就已经开始针对干细胞进行研究，试图通过各种不同的方法得到多能干细胞，其中突出的方法有胚胎干细胞（ES细胞）直接植入法；体细胞核转移

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*张博文，杨星九，李玖一：资料查阅与论文编写白末：资料查阅与论文整合

法（即通常所说的克隆）；细胞杂交法，利用多能干细胞与体细胞融合的方法，但这些方法的广泛应用在技术、细胞来源、免疫排斥，尤其是伦理宗教和法律等方面存在诸多限制。[24]。于是，在2006年，一种新的方法诞生了，这便是诱导多能干细胞法，通过向体细胞中导入诱导基因，使体细胞直接重编程获得具有胚胎干细胞样特性的多能干细胞。

4种不同方法获得多能干细胞图（自Joanna Hanley）

2 大事件表：

3诱导性多能干细胞的应用新进展

诱导性多能干细胞（iPS cells）与胚胎干细胞（ES）具有相似的多能性，且能够克服ES细胞在来源和伦理方面所遇到的巨大挑战，绕过了宗教、法律、伦理的禁区。同时，由于iPS细胞可来自患者自身，能解决免疫排斥问题。所以iPS细胞在组织工程学，再生医学，细胞替代治疗及药物研发方面有着广阔的应用前景。

3.1糖尿病治疗

糖尿病是最为严重的现代病之一，全球有近三亿患者，中国有4320万，它严重危害着人类的健康，目前尚无根治办法。不过，在2008年，日本Keisuke教授等人利用iPS 细胞诱导产生了能分泌胰岛素的细胞。[31]这证明了iPS细胞有分化为胰岛β细胞的能力。将这种细胞移植到患者体内，可能为Ⅰ型糖尿病的治疗提供了一种可能的途径。

3.2在心血管疾病治疗方面的应用

Nelson和Almudena、Martinez将人皮肤成纤维细胞通过oct4 、sox2、klf4和c-Myc 四个基因诱导为iPS细胞并植入小鼠子宫，发现其可分化为心脏实质细胞。将其嵌入重新构建的心脏、血管平滑肌和内皮组织后使心脏细胞收缩性恢复，电位稳定性增强。[32]他们的研究证明了iPS细胞有想心脏分化的潜能。因此iPS细胞可用于修复心肌梗塞对心脏造成的损伤。而心血管疾病是全球致死人数最多的疾病。该项研究为心血管疾病患者带来了一丝曙光。

3.3 治疗遗传病

在治疗遗传病方面，iPS技术的诞生开辟了一条不同于以往基因疗法的道路。例如，2007年，Hanna率先用iPS细胞治疗了小鼠的镰刀型红细胞贫血症。他们将小鼠的成纤维细胞重编程为iPS细胞后，再用同源重组的方法用人野生型βa-珠蛋白基因代替βs-珠蛋白基因，最后诱导遗传修饰后的iPS细胞定向分化为造血祖细胞（HPS），并将其移植入模型雄鼠体内。结果显示，HPS 可有效抑制镰刀性红细胞贫血症症状。[33]用病毒介导得到的iPS细胞应用于临床治疗有一定的危险性，但若将iPS细胞诱导为无核的成熟红细胞，这自然去除了病毒DNA 带来的安全隐患。

3.4治疗视网膜病变

目前已有研究机构提出有望利用iPS细胞治疗因感光细胞病变引起的视网膜变性疾病。他们利用逆转录病毒感染DsRed／1鼠细胞，分别表达Sox2、Klf4、Oct4和c-Myc 4个基因。经过dkk-1、noggin IGFI、bFGF和DAPT等物质的干预，使DsRed—iPS细胞分化成为视网膜的前驱细胞，并进行免疫印迹检测。[34]结果表明，与普通老鼠的Es细胞相比，DsRed—iPS细胞表达了多能基因。将其移植到经过免疫处理的视网膜变性的小鼠体性内，这些细胞形成了包含3个胚层组织的畸胎瘤，其中也有神经视网膜，在随后的一系列分化诱导后产生视网膜类型的细胞，大部分分化细胞均可形成视网膜先祖细胞(GF3P、GS) 和感光细胞(CRX)，且采用影像学手段检测时这些细胞均显示了正常视网膜细胞的生理特性。

3．5在改善脑神经方面的应用

Wemig等将iPS细胞诱导分化为神经前体细胞和多巴胺能神经元。在动物试验中，他们将GFp标记的iPS细胞注入胚胎小鼠的侧脑室，发现细胞可迁移至脑膜、纹状体、下丘脑、中脑等区域，分化成神经胶质细胞和神经元，并参与电生理活动，而在帕金森氏病小鼠模型中，iPS来源的多巴胺能神经元可显著改善小鼠的运动功能。[35]

3．6在修复耳蜗神经方面的应用Nishimura等采用移植方法，利用iPS细胞修复耳蜗神经元，他们采用离体试验检测了从iPS起源的细胞向耳蜗神经细胞发展的情况、生存率同时进行体内试验并检测。[36]移植7 d后便可观察到形成神经元的基因开始表达。说明iPS细胞可作为一种再生资源用来修复和移植受损的耳蜗神经。