诱导多能干细胞IPS及发展简述

诱导多能干细胞IPS及发展简述

1.定义：通过一定的途径将与细胞多能性有关的基因导入到已分化的体细胞中，或者同时添加一些辅助作用的小分子化合物使体细胞去分化重

编程回到胚胎干细胞状态，所获得的细胞即为IPS细胞。

IPS细胞与胚胎干细胞（ES）形态相似、核型、端粒酶活性、体外分化潜能均相同，同时也能够表达相同的表面标志分子。

诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）最初是日本人山中申弥（Shinya Yamanaka）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。

2.获取原理: ES细胞和IPS细胞具有相同的基因。不同的是，ES细胞中的与细胞多能性有关的基因能够表达，如：oct4，Sox2等。而已分化的体细胞中的这些基因不能表达。通过导入与多能性有关的外源基因来激活体细胞中的多能性基因，从而使体细胞从分化状态重编程为多能性干细胞。

（1）分离和培养宿主细胞；

（2）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；

（3）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；

（4）出现ES样克隆后进行iPS细胞的鉴定（细胞形态、表观遗传学、体外分化潜能等方面）。

3.应用前景：

3.1 建立疾病模型通过体外研究这些疾病特异性的iPS细胞，有助于间接推断疾病的发病机制及寻找有效的治疗措施。

3.2 研究人类发育生物学及新基因的发现而iPS细胞与Es细胞在生长条件、细胞表型、细胞的多能分化特性等许多方面有相似点，在一定

程度上它可以代替ES细胞担任基础研究及临床应用角色。iPS细胞体外自发分化的拟胚体可以模拟胚胎发育过程，可以作为组织、器官发生、发育研究的模型，弥补完整人胚不能用于这方面研究的缺陷。

3.3 自体干细胞移植不依靠人工或捐献者的器官，凭借本人强大的自然治愈能力让丧失功能的器官再生是最理想的治疗方式。对于遗传性疾病，利用自体成体细胞建立iPS细胞，通过基因打靶技术纠正遗传性缺陷基因，再诱导分化为特化细胞进行移植。

3.4新药发现及筛选目前新药的药理、药代学、毒理学、药效学等细胞水平的研究及生物学模型，大都在其他种属的细胞系进行。然而异

种细胞与人之间毕竟有不完全相同的药物反应。而患者及疾病特异性源性iPS细胞的建立可以实现在体外以人源细胞为对象的试验性用药，观察药物对其基因结构及表达的影响，间接判断该药物对某种疾病的疗效，这是一种全新探索及筛选药物治疗的模式。

4．问题

4.1重编程机制如上所述，目前已经可以不用病毒介导转基因技术获得iPS细胞，表明病毒插入突变不是必需的。对于转录因子，则意见不一。没有c—Myc参与或只用Oct4因子也可以获得iPS细胞111·18l，但是其采用的初始细胞是已表达高水平某些转录因子的神经祖细胞，所以也不能完全排除对转录因子的依赖性。

4.2诱导效率此前报道iPS细胞诱导效率不到0．1％，效率太低阻碍了对重编程机制的研究，也阻碍了iPS细胞进一步发挥其应用价值，因

此提高诱导效率的研究势在必行。添加SV40大T抗原将转染效率提高了23—70倍；添加强力霉素提高了至少100倍。PB转座子系统的转染效率与病

毒系统无差异。Sail 4(Sal．1ike 4)也是胚胎干细胞相关转录单位之一。添加转录因子Sall 4比单用Oct3／4、Sox2、l(1f4诱导效率提高了lO 倍。使用基因敲除技术敲除Sail 4后诱导效率显著降低，但仍不明确Sall 4是否可被同组蛋白Sall l或其他因子取代。降低培养环境的氧气溶度

可以提高诱导效率，在5％02培养下效率可达0．40％，联合使用I型组蛋白去乙酰化酶抑制剂ValproicAcid(VPA)效率可达0．48％，但何种氧气溶度以及在低氧环境下培养多长时间最为合适仍不明确。

4.3致瘤性 iPS细胞诱导过程中使用的转录因子c-Myc和Klf4都是癌基因，病毒插入也可以导致肿瘤发生，而且，未分化iPS细胞自身尚可在体内形成畸胎瘤，因此，iPS细胞的致瘤性是其进一步推广应用的一大障碍。虽然现在已经可以在没有c—Myc、圈f4和病毒情况下获得iPS细胞，而

且随着细胞的分化，iPS细胞形成畸胎瘤的能力也逐渐减弱，但关于如何在细胞移植前将混杂在其中的未分化iPS细胞去除，以及在何分化阶段移植，目前还没有这方面安全应用的研究报道。

虽然iPS细胞距离临床应用还有一段时间，但伴随细胞生物学、分子生物学、发育生物学、功能基因组学以及转基因技术的进一步发展，iPS

技术必将在细胞移植治疗、药物筛选和发病机制研究中发挥重要作用。