诱导性多功能干细胞ips的研究进展与应用前景

诱导性多潜能干细胞的研究进展和

应用前景

Abstract

Rece nt rep ort s d emo nst rat e t hat mo use so ma tic cel ls can be di rec tly

repr ogr amm ed int o p lur ipo ten tem bry oni c s te m (ES) ce ll-lik e c ell s b yin vitr o int rod uct ion o f fou r t ran sc rip tio n f act ors, Oct4, So x2, c-My c and Klf4. The se ce lls a red esi gna ted a s ind uce d pl uri pot ent s tem(iPS) cel ls. Simi lar ly, th e t ran sfe cti on wit h t hes e f ou rtr ans cri pti on fac tor s o r a cock tai l of Oc t4,S ox2, Nan og an d LIN28ha s bee n sho wn to b e suf fic ien tto repr ogr am hu man som ati c cel ls to i PS cel ls th at ar e i nd ist ing ui sha ble f rom huma n ESc ell s.S inc e rea cti vat ion o f th e c-M yc tr ans gen eha s be en re por ted

to i ncr eas e t umo rig eni cit yin th e c him era s and pr oge ny mic e,

amod ifi edp rot oco l wit h onl y thr ee fa cto rs (Oc t4, S ox2 a ndK lf4) has b een rece ntl y u sed to ma ke mou se and hum an iPS ce lls fr oma dul tde rma lfi bro bla sts. Differentiated somatic cells can be directly reprogrammed into induced pluripotent stem ( iPS) cells in vitro. Similarly to embryonic stem ( ES) cells,iPS cellshavepluripotency to differentiate into allcell types and capability toself-renew themselvesindefinitely. Without immune rejection and ethical issues,patient-specific iPS cells promise to be an ideal tool for regenerative medicine,drug screening,and toxicity testing.

摘要

研究证实采用体外导入Oc t4、S ox2、c-M yc和Kl f4等4个转录因子可将小鼠体细胞

直接重构成为E S细胞样的多潜能细胞,这类细胞被命名为诱导性多潜能干细胞

(iPS细胞).同样,转染上述因子或Oct4、Sox2、Nan og、LI N28等4个因子也能够使人类体细胞重构为i PS细胞, 后者与人类ES细胞的基本特征相似.据报道,

由于转染基因c-My c的重新激活可使嵌合体和子代小鼠的肿瘤发生增加,故近

期建立了一种仅使用3个因子(Oc t4、Sox2和Kl f4)的改良方案,也可将成年小鼠和成人皮肤成纤维细胞诱导转化为i PS细胞. 近期文献资料表明,人类iPS细胞系对于制备疾病的新模型和药物研究有帮助,但其用于移植治疗的应用前景则需要进一步加以考证.分化成熟的体细胞可在体外被重编程为诱导性多潜能干细胞,后者具有与胚胎干细胞相似的自我更新能力和发育多潜能性,同时避免了

免疫排斥和伦理问题。患者特异性的诱导性多潜能干细胞将成为再生医学、药物筛选毒理测试的理想工具。

关键词: 基因转染;体细胞重构;干细胞;转录因子

0引言

干细胞(st em c e lls)是人体及其各种组织细胞的初始来源, 其最显著的生物学特征是既有自我更新和不断增殖的能力, 又有多向分化的潜能.干细胞根据不同的来源分为成体干细胞(s oma t ic stem c e lls)和胚胎干细胞(embr yon ic st em c e lls, ES细胞). 成体干细胞包括骨髓间充质干细胞、胰腺干细胞、神经干细胞等成体组织中存在的干细胞, 理论上在特定条件下可分化为特定的组织器官, 是修复和再生的基础. ES细胞是从着床前的早期胚胎(囊胚)内细胞团中分离得到的一种二倍体细胞, 理论上具有发育和分化成为机体内几乎所有组织细胞类型的潜能. 治疗性克隆是开展ES细胞研究的终极目标, 但有关ES细胞和治疗性克隆的研究一直存在激烈的伦理学争论. 近1年来, 为避开伦理学争论, 国外学者通过体细胞体外基因转染技术建立诱导性多潜能干细胞(ind uc ed p lur ip ot ent st em c e lls, iPS细胞)系.Hanna et al 近期已经进行了iPS细胞应用基础研究的首次尝试,利用人类镰状细胞性贫血的小鼠动物模型,取其尾尖部皮肤的成纤维细胞,通过导入Oc t4、S o x 2 、K l f 4及c-M yc基因, 获得自体i PS细胞.

干细胞分为成体干细胞和胚胎干(ES)细胞, ES细胞是从囊胚内细胞团中分离得

到的一种二倍体细胞,具有发育和分化成为机体内几乎所有组织细胞类型的潜能.但ES细胞的研究一直存在激烈的伦理学争论, 为避开伦理学争论, 国外学者通

过体细胞体外基因转染技术建立诱导性多潜能干(iPS)细胞系.

1 胚胎干细胞研究的新进展、应用前景及面临的困难

1999年12月，Sci ence杂志公布了当今世界科学发展的评定结果，干细胞的研究成果名列十大科学进展榜首。胚胎干细胞研究的科学价值在于其诱人的应用前景。如果最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖，将对胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响，使之有可能在以下领域发挥重要作用。

a．揭示人及动物的发育机制及影响因素

生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究，可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件，使人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题，促进对人胚胎发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性，可以一种伦理上可接受的方式，提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题，因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。

b.药学研究方面

胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型，又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统，可模拟体内细胞与组织间复杂的相互作用，这在药物研究领域具有广泛的用途。胚胎干细胞有望在短期内就能体现的优势在于药物筛选中。目前用于药物筛选的细胞都来源于动物或癌细胞这样非正常的人体细胞，而胚胎干细胞可以经体外定向诱导，为人类提供各种组织类型的人体细胞，这使得更多类型的细胞实验成为可能。虽不会完全取代在整个动物和人体上的实验，但会使药品研制的过程更为有效。当细胞系实验表明药品是安全的且效果良好，才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验。

在候选药物对各种细胞的药理作用和毒性试验中，胚胎干细胞提供了对新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物检测所需