诱导多能干细胞技术-朱晨煜

诱导多能干细胞技术

吴晶晶张颖朱晨煜

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【多能干细胞】

多能干细胞(Pluripotent stem cell，Ps)，具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。多能干细胞是当前干细胞研究的热点和焦点。它可以分化成体内所有的细胞，进而形成身体的所有组织和器官。因此，多能干细胞的研究不仅具有重要的理论意义，而且在器官再生、修复和疾病治疗方面极具应用价值。但是过去认为多能干细胞只能从人胚胎中获得。

【诱导多能干细胞】

【简介】

诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞样的多潜能细胞。

最初是日本人山中伸弥于2006年利用病毒载体将四个转录因子（Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。随后世界各地不同科学家陆续发现其它方法同样也可以制造这种细胞。

现在应用iPs已经成功培养和分化出心肌、神经、胰腺、骨等多种体细胞和不同的组织。但是，过去诱导多能干细胞必须应用逆转录病毒载体才能进行基因组整合。由于基因组整合的随机性，可发生突变，甚至可以引起癌症和遗传疾病。哈佛干细胞研究中心和麻省医院肿瘤中心的科学家，成功应用无害基因组整合病毒载体

(重组腺病毒载体)，进行以上四种基因转移，成功地将成纤维细胞和肝细胞分化成多能干细胞，成为Adeno-iPs，将干细胞的实际应用又大大向前推进了一步。多能干细胞研究和应用将会成为21世纪最伟大的医学生物学成就之一。

【诱导多能干细胞技术】

【获得多能干细胞的方法】

●从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞

●从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能性干细胞

●体细胞核转移（SCNT）

●诱导多能干细胞技术

【代表专家】

山中伸弥是诱导多功能干细胞（iPScell）创始人之一。2007年，他所在的研究团队通过对小鼠的实验，发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用，因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。

2006年山中伸弥等科学家把4个转录因子通过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，使其变成多功能干细胞。这意味着未成熟的细胞能够发展成所有类型的细胞。

山中伸弥从其他科学家已经公布的研究结果中挑选出24种最有希望的转录因子。在试验室中他发现这24种转录因子中的确有4种转录因子可以将人体细胞重组成干细胞。他把4种基因注入皮肤细胞，从而得到“鸡尾酒”iPS细胞。

事实证明这4个转录因子中，其中一个转录因子确实是“一次天大的冒险”，因为这一个是与癌症相关的转录因子。数月后他又发现即使不使用这个致癌基因，他仍然能够重组细胞，这样癌变的几率会大大降低。但新创造的干细胞仍然会发生癌变，在他的实验中，121只老鼠中，有20%产生了肿瘤。这说明使用逆转录病毒，可能使基因产生变异，引发肿瘤等副作用。他表示下一步的研究目标是在不使用逆转录酶的情况下实现细胞重组。

【研究方法】

iPS干细胞是由一些多能遗传基因导入皮肤等细胞中制造而成。在制造过程中，研究人员使用了4种遗传基因，同时加入了7种包括可阻碍特定蛋白质合成的物质和酶在内的化合物，以研究其各自的制造效率。研究结果显示，没有添加化合物时，遗传基因的导入效率为0.01%-0.05%，而加入了一种叫“巴尔普罗酸”的蛋白质合成阻碍剂之后，导入效率竟升至9.6%-14%。如果从这4种遗传基因中排除导致细胞癌化的遗传基因，只使用3种基因，过去的导入效率只有0.001%甚至更低，而加入“巴尔普罗酸”之后，其效率也提高了约50倍。研究人员认为，这很可能是因为“巴尔普罗酸”可以促进多能遗传基因的活性。今后，研究人员将就添加化合物是否会使遗传基因产生变异展开研究，以在提高制造效率的同时保证安全性。

【简单过程】

iPS干细胞建立的过程主要包括：

●分离和培养宿主细胞；

●通过病毒介导或者其他的方式将若干多个多能性相关的基因导入宿主细胞；

●将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上，并于ES细胞专用培养体系中培养，

同时在培养中根据需要加入相应的小分子物质以促进重编程；

●出现ES样克隆后进行iPS干细胞的鉴定（细胞形态、表观遗传学、体外分化

潜能等方面）。

【发展历程】

历史：诱导多能干细胞最初是日本人山中伸弥（Shinya Yamanaka）于2006年利用病毒载体将四个转录因子的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。随后世界各地不同科学家陆续发现其他方法同样也可以制造这种细胞。

2007年11月20日，美国威斯康星大学詹姆斯·汤姆森的研究小组在《科学》杂志发表体细胞转变成“诱导性多能干细胞”（iPS细胞）的成果，而日本京都大学教授山中申弥领导的研究小组也于同日在《细胞》杂志发表类似的研究结果。紧接着皮肤细胞转为干细胞后，美国马萨诸塞州怀德海特生物医学研究所的雅各布·汉纳的小组用来自患病小鼠尾巴的皮肤细胞产生了诱导性多能干细胞。

2008年4月，美国加利福尼亚大学科学家报告称，他们将实验鼠皮肤细胞改造成iPS细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。

2009年2月，日本东京大学科学家宣布，成功利用人类皮肤细胞制成的iPS