诱导性多能干细胞技术的研究进展及其应用前景_吴翠玲

文章编号（Article ID）：1009－2137（2014）04－0883－06·专论·诱导性多能干细胞技术的研究进展及其应用前景吴翠玲，张玉明*南方医科大学南方医院小儿科，广东广州510515摘要在分化的体细胞中表达转录因子可以诱导体细胞重编程，获得诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS cells）。

这些细胞具有不断的自我更新能力和多向分化潜能，这些细胞重编程领域的突破性研究进展，为细胞重编程机制、人类疾病发病机制的研究及发展新的治疗方法提供了一种强有力的工具。

iPS细胞技术是当前干细胞研究领域的热点之一，近年来取得了迅猛的发展。

最初，研究者利用逆转录病毒作为载体将4种转录因子导入小鼠成纤维细胞诱导其重编程。

近年来，iPS细胞的诱导方法不断改进，包括使用不整合入宿主细胞基因组的病毒载体、非病毒载体或者用基因敲除的方法切除导入的外源基因，从而产生了更为安全的iPS细胞系，许多小分子化合物也被证实能显著提高重编程效率。

iPS细胞在再生医学、疾病模型的建立及药物筛选等领域正逐渐显现出它巨大的应用价值。

本文回顾过去几年iPS细胞技术的研究进展，包括诱导方法的改进、iPS细胞诱导效率的提高和安全性的提高，并探讨iPS细胞的临床应用前景及当前研究存在的问题。

关键词干细胞；诱导性多能干细胞；体细胞重编程；临床应用中图分类号Ｒ329．28文献标识码A doi：10．7534/j．issn．1009-2137．2014．04．001 Progress and Potential Applications of Induced Pluripotent Stem Cell Technology———EditorialWU Cui-Ling，ZHANG Yu-Ming*Department of Pediatrics，Nanfang Hospital，Southern Medical University，Guangzhou510515，Guangdong Province，China*Corresponding Author：ZHANG Yu-Ming，Associate Professor，Tutor of Master Postgraduate．E-mail：yumingzhang1966@hotmail．com Abstract Differentiated somatic cells can be reprogrammed to a pluripotent state through ectopic expression of specific transcription factors．These reprogrammed cells，which were designated as induced pluripotent stem（iPS）cells，are detected to exhibit unlimited self-renewal capacity and pluripotency．This breakthrough in stem cell research providesa powerful and novel tool for the studies on pathogenesis of diseases，reprogramming mechanism and development ofnew therapies．For this reason，the iPSC technology has currently become one of the hot topics in stem cells research．Ｒecently，major progress in this field has been achieved：initially，researchers succeeded in inducing the reprogramming of mouse fibroblasts by retroviral transduction of four specific transcription factors；in succession，the accelerated development of iPSC technology by employing non-integrating viral vectors，non-viral vectors or removing the introduced foreign genes via gene knock-out has ensured the yields of much safer iPSC；meanwhile，some researches discoversed the proofs that a number of micromolecular compounds were potent in accelerating the cellular reprogramming．For a prospect，iPSC are highly promising for regenerative medicine，disease modeling and drug screening．In this review，the recent progress in the generation of iPSC，prospects of their possible clinical applications and problems in the iPSC research are summarized and discussed．Key words stem cell；induced pluripotent stem cell；reprogramming；clinical applicationJ Exp Hematol2014；（4）：883－8882006年，日本京都大学的山中伸弥研究小组［1］报道了关于诱导性多能干细胞的研究成果，引起了极大反响并迅速成为干细胞领域的研究热点。

该研究小组从24个候选基因中筛选出4个与细胞多能性密切相关的转录因子，利用逆转录病毒载体将这4个转录因子（Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc，以下简称OSKM）导入小鼠成纤维细胞内，使其重编程得到一种多潜能干细胞。

这种细胞在形态学、生长特性、基因表达、畸胎瘤形成及嵌合体形成等方面都与胚胎干细胞非常相似，研究人员把这些细胞命名为诱导性多能干细胞。

在iPS技术出现之前，实验研究的干细胞来源主要是从胚胎内细胞团直接分离得到基金项目：广东省自然科学基金（S2011010003914）；国家自然科学基金（81270632）；广州市科技计划项目（2013j4100108）*通讯作者：张玉明，副教授，副主任医师，硕士研究生导师．E-mail：yumingzhang1966@hotmail．com2014－02－08收稿；2014－04－23接受·388·中国实验血液学杂志Journal of Experimental Hematology2014；22（4）：883－888胚胎干细胞，或通过核移植和细胞融合技术诱导体细胞重编程获得多能干细胞，虽然这些干细胞都具有多向分化潜能，但这些技术都因为面临着伦理学争议、免疫排斥、来源有限等问题而限制了其发展和应用。

iPS细胞技术不但克服了传统多能干细胞研究在伦理学方面的障碍，还因其来源广泛、相对容易获得、能得到个体或疾病特异的多能干细胞等优点，在细胞替代治疗、疾病研究、药物筛选等方面都有广阔的应用前景，所以，iPS细胞技术自问世以来就受到广泛的关注，并在短短几年之内迅速发展。

iPS细胞技术的研究进展iPS细胞技术最初通过逆转录病毒载体转导转录因子OSKM诱导细胞重编程。

这种方法涉及病毒载体在基因组中的随机整合以及导入原癌基因，有引发细胞恶性转变的风险，其重编程效率也偏低。

因此，研究人员一直致力于提高iPS细胞的诱导效率和安全性方面的研究。

近年来重编程方法不断改进，出现了一些没有载体序列整合甚至是不导入外源基因的方法，提高诱导效率方面的研究也取得了巨大的进展。

不同供体细胞重编程的研究第一代iPS细胞来源于小鼠的成纤维细胞。

2007年，两个研究小组分别成功建立人iPS细胞系，使建立患者或疾病特异的多能干细胞成为可能，iPS 技术向临床应用迈出了重要的一步［2－3］。

目前，除皮肤成纤维细胞外，羊水细胞、角质细胞、脂肪干细胞、外周血细胞等不同组织来源、不同分化阶段的细胞，都能重编程为iPS细胞［4－7］。

Dimos等［8］成功将一名82岁的家族性肌萎缩侧索硬化（ALS）患者的皮肤成纤维细胞重编程为iPS细胞。

随着研究的深入，可重编程为iPS细胞的体细胞种类越来越多，也不受供者年龄的限制。

然而，不同组织来源的体细胞，其重编程效率、诱导时间、分化潜能等方面存在较大的差别。

与成纤维细胞相比，成人的脂肪干细胞重编程效率更高，可达到0．2%［6］，间充质干细胞的重编程效率高于骨祖细胞［9］，提示分化程度低的细胞较容易重编程回到多能性状态。

另外，iPS 细胞的分化潜能受来源细胞的表观遗传记忆影响，更易于向供体细胞谱系分化。

Bar-Nur等［10］发现，胰岛β细胞来源的iPS细胞比胚胎干细胞或非β细胞来源的iPS细胞更容易分化为胰岛素分泌细胞。

这可能对iPS细胞用于细胞替代治疗时供体细胞类型的选择有提示作用。

研究者还发现外周血细胞及尿液中分离得到的肾小管上皮细胞能被重编程为iPS细胞［11］，相对于皮肤成纤维细胞而言，从血液或尿液样本中取材更为方便。

所以，有必要对不同体细胞重编程进行研究，寻找同时具备高效、安全、取材方便的理想供体细胞，将会为iPS细胞的临床应用提供有力的支持。

诱导因子的选择研究者最初通过Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc4个外源转录因子诱导体细胞重编程。

然而，其中的c-Myc是一个明确的原癌基因，包含c-Myc的转录因子组合重编程获得的iPS细胞，由于c-Myc基因的再活化，其形成的嵌合体小鼠中约有20%会形成肿瘤［12］，Oct3/4、Sox2、Klf4也被认为与某些肿瘤的发生有关。

因此研究者们尝试用不同的诱导因子组合或者减少诱导因子的数目，以提高iPS细胞的安全性。

Nakagawa等［13］用Oct3/4、Sox2和Klf43个转录因子成功将小鼠和人的体细胞诱导为iPS细胞，这些iPS细胞来源的嵌合体小鼠在研究期间未观察到肿瘤发生。