Ips细胞的研究状况及其应用 干细胞

iPS细胞的研究状况及其应用与安全

摘要：诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）是由通过导入特定的转录因子，将分化的体细胞重编程而形成的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。iPS细胞由于其潜在的广阔应用前景而迅速成为干细胞研究领域的新热点。本文对iPS 细胞的研究状况，其应用与前景及其安全性问题做一综述。

关键词：iPS细胞；安全性

The research status of iPS cells and its applications and

security

Abstract: The induced pluripotent stem cells is by through the import of specific transcription factors, will be differentiated cells reprogramming, in the form of a similar embryonic stem cells cell types. Ips cells is quickly becoming a new hotspot of stem cell research because of its potential broad application prospect. this article is to draw a conclusion about the status of study of iPS cells, its application and prospect and its safety problem.

Keywords: Induced pluripotent stem cells; safety

1 iPS细胞历史回顾

2006年8月，Takahashi和Yamanaka1将小鼠的成纤维细胞诱导为iPS细胞。次年11月，他们又利用4种同样的转录因子将人的皮肤成纤维细胞诱导为iPS细胞2。

该细胞系在细胞形态、生长特性、表面标志物、形成畸胎瘤等方面与小鼠Es细胞非常相似，只是在基因表达谱、DNA甲基化方式及形成嵌合体动物方面却不同于小鼠Es细胞，故将其命名为诱导多能干细胞3。随后独立建立了人iPS细胞系。

2 iPS细胞研究现状

2010年11月23日，日本研究员首先利用人体皮肤组织纤维母细胞和脐血细胞培养出了诱导多功能细胞( iPS细胞)，然后加入几种血液细胞增殖因子和营养细胞，得以培养出了能够制造血小板的巨核细胞，最终制造出了血小板，并且能发挥正常功能4。因为血小板中不存在细胞核，而混杂其中的其他细胞的细胞核可以通过照射放射线或过滤去除，所以临床应用培养出的血小板不会有癌变的风险。

2011年1月16日，日本研究人员向人体皮肤细胞植入了3个基因，培养出了诱导多功能细胞( iPS细胞) ，并在此基础上培育成了名为“胚状体(EB)”的细胞团块。接着，研究人员向“胚状体”植入人体制造色素时所必需的成分，培育两个月左右后获得的细胞中有60％至70％是人体色素细胞。这是利用iPS细胞首次培养出色素细胞。色素细胞存在于人体皮肤等处，能制造黑色素，防止人体遭受紫外线伤害。研究人员认为，这一成果有助于了解恶性黑色素瘤，皮肤变白症状的白癜风和白化病等疾病以及白发的致病机理，并对相关制药和人造皮肤等研究提供启示5。

2011年2月6日，日本研究员利用实验鼠的诱导多功能细胞( iPS细胞) 培育成功中胚层细胞，然后向中胚层细胞植入Lh x 2基因，最终生成了大量的造血于细胞。研究人员希望在确认这种方法的安全性后，将它用于人类的白血病治疗6。

2011年2月22日，日本研究员将人体诱导多功能细胞( iPS细胞)在小鼠体内便捷地培育出人体间充质干细胞，后者能发育为人体骨骼、软骨和肌肉等组织的细胞。其在骨骼再生医疗和药效实验方面具有很好的应用前景6。

3 iPS细胞的应用与前景

斯坦福大学研究人员发现，脂肪干细胞内两种转录因子的表达，水平高于皮肤成纤维细胞，这表明，在初始状态下，脂肪于细胞更容易被诱导。利用脂肪干细胞培养iPS细胞不需要饲养细胞，提高了其安全性7。

对于Ι型糖尿病的治疗研究，目前体外实验已从多种来源获得了可以用于移植的β细胞，即Ι型糖尿病特异性的iPS细胞(DiPS)。这些细胞的功能接近体内β细胞，最重要的是可以分泌胰岛素，有望替代病变的胰岛β细胞行使功能。但由于对葡糖糖的反应性欠佳，在今后还有待改良8。

iPS细胞不仅可直接应用于细胞替代治疗，还可提供体外的疾病模型。在了解肌萎缩侧索硬化症和和脊髓性肌萎缩患者运动神经元中的内在缺陷后，还可在患者特异的iPS细胞中通过遗传修饰来改正有缺陷的基因，再分化得到功能正常的运动神经元，以进行细胞替代治疗9。

患者特异性iPS细胞（诱导多能干细胞）被看作是模拟遗传疾病和开发治疗它们的新方法的关键。现在，iPS细胞系已通过核重新编程从LEOPARD综合症（一种罕见的发育病．其特点是皮肤病灶、心脏异常和失聪)患者生成。从所生成的LEOPARD iPS细胞获得的心肌细

胞有肥大特性。与这种疾病的典型特征相似——90％患有这种综合症的儿童有心脏肥大症10。

2007年12月，Hanna等11用iPS细胞成功治疗了小鼠的镰状红细胞贫血症，2009年初，Xu等12用从iPS细胞诱导来的内皮前体细胞和内皮细胞成功治疗血友病A，他们的研究虽然是在小鼠中进行的，但是，这些成果验证了iPS细胞在基因治疗中的可行性，从理论和实践上为人类单基因遗传病的治疗奠定了基础。而Raya等13对遗传修饰后的Fanconi贫血症病人的成纤维细胞进行重编程，获得了特异性iPS细胞，且这些iPS细胞能够分化形成表型正常的髓系和红细胞系的造血于细胞，这项研究进一步表明iPS细胞在临床治疗上的巨大潜力。Lu等14建立了将iPS细胞高效诱导成红细胞的系统，该系统摆脱了诱导过程中病毒DNA的干扰，可应用于病人身上，可为某些血液疾病患者提供临床治疗以及为罕见血型患者提供血细胞。此外，iPS细胞在神经系统疾病、心血管疾病等方面的作用也日益突显，iPS细胞在体外已成功地被分化为神经元细胞、神经胶质细胞、心血管细胞和原始生殖细胞等15，在临床疾病治疗中具有巨大的应用价值16。

4 iPS细胞的安全问题

4.1致癌风险

iPS细胞获取过程中的一个缺点在于致癌风险的潜在威胁。这种威胁来源有：①病毒整合性外源性转录因子的导入，会提高插入突变致癌的风险。②原癌基c—My的掺入会提高致瘤性，有报道：导入c—Myc基因可使嵌合体小鼠的肿瘤发生率高达20％17。最近，先体外获取四个转录因子编码的蛋白，然后同VP一起导人到成纤维细胞中，获得了小鼠iPS细胞18。这种加入小分子蛋白质获取iPS细胞的办法由于避免了插人突变等致癌风险，有可能成未来获取iPS细胞的新方向。

4.2遗传安全

第一, iPS细胞比ES细胞或产生iPS细胞的体细胞具有更多的遗传学和表观遗传学异常,包括：（1）染色体异常。（2）基因拷贝数变异。（3）点突变。（4）表观遗传学变异。第二，在iPS细胞产生的不同阶段都可发生遗传学异常。第三，iPS细胞中出现的遗传损伤具有潜在的致癌性。所以，iPS细胞可在染色体、亚染色体和单碱基水平上发生多种遗传变异，这些变异可发生于iPS 细胞的诱导和随后的传代培养过程中, 并与细胞的增殖有关19。