体细胞重编程为多能干细胞的研究进展

胚胎干细胞不仅是研究哺乳动物早期胚胎发育、细胞分化、基因表达调控等发育生物学问题的有力工具,还可用于新药评价、细胞治疗等方面的研究.然而,为科学研究而捐献的人类卵子并不能够轻易获得,限制了人类胚胎干细胞相关研究的进展,解决这个问题的理想办法就是找到能够替代胚胎干细胞的其他成体多能细胞.综述了将哺乳动物体细胞诱导为多能干细胞的方法,重点介绍了利用特定的转录因子将体细胞诱导为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞)的最新进展,详细阐述了转录因子在诱导细胞重编程过程中发挥的作用,以及iPS细胞筛选与鉴定的方法,并展望了iPS细胞的应用前景.     

转录因子与诱导型多能干细胞

小鼠的成纤维细胞通过转染四种转录因子（Oct3／4、Sox2、c-Myc和K1F4）可以被诱导转变成类似胚胎干细胞的多能性干细胞,称之为诱导型多能干细胞（induced pluripotent stem cell,iPS）,这种多能干细胞在细胞形态、增殖速率、致瘤性、基因表达以及形成嵌合小鼠的能力上与胚胎干细胞有许多相似之处,将来可能成为胚胎干细胞在临床应用中的替代。本文综述了iPS相关的几种转录因子,及其在重编程过程中的作用以及iPS的发展前景。     

体细胞重编程为诱导多能干细胞

诱导多功能性干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）是通过导入特定的转录因子（如Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4等）将体细胞诱导重编程为多能性干细胞,其功能与胚胎干细胞相似.iPS细胞的建立,在生命科学领域引起了新的轰动.目前,iPS细胞的研究领域在转录因子的优化、iPS细胞的筛选、载体的运用、体细胞种类的选择和iPS细胞的应用等方面取得突破进展,但仍然存在致癌性、效率低等一系列急需解决的问题.     

利用piggyBac转座子制备牛成体多能干细胞诱导技术研究

通过逆转录病毒等媒介表达核转录因子Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc可将体细胞重编程为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSc)。时至今日,已经报道了小鼠、人、大鼠、猪、羊、马、牛的iPS细胞,但大动物iPS的多能性特别是嵌合体形成和生殖细胞传代还没有得到确认。与逆转录病毒等不同的是,piggyBac转座子转染效率高且无病毒源性、操作简单,可以在转座酶的存在下被安全切除。首次尝试了采用piggyBac转座子携带鼠源Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc、Rarg和Lrh16个核转录因子诱导胎牛成纤维细胞,成功获得牛类iPS细胞,其形态与小鼠胚胎干细胞相似,克隆边界清晰、呈丘状、克隆内细胞致密、核大。RT-PCR与免疫组织化学染色分析均显示牛类iPS细胞表达多能性基因。该类细胞体外诱导分化可形成类胚体EB,且表达3个胚层的基因;体内诱导分化可形成畸胎瘤,苏木精、伊红染色显示瘤体有三胚层的分化。上述结果显示利用piggyBac转座子制备牛多潜能干细胞诱导技术可行,产生的牛类iPS细胞具有潜在多能性。     

特定因子诱导多能干细胞

胚胎干细胞由于具有发育上的全能性,被认为是用于移植治疗的最佳来源。然而,由于人的胚胎干细胞直接运用引发免疫排斥以及触及伦理矛盾,人们一直在研发多能干细胞。2006年,多能干细胞的研究有了重大进展。首先,Yamanaka实验室构建用逆转录载体将候选因子导入成纤维细胞,而后检测多能性标志基因的表达。结果发现,四种因子Oct3/4、Sox2、c-Myc以及Klf4的组合产生了表达多能性标志基因才有的抗药性的克隆,意味着细胞获得了多能性。用这种方法筛选的细胞无论在形态和增殖分化能力方面均类似于干细胞,而且表达干细胞标志基因以及在体内外能向三个胚层的细胞类型分化,这种细胞被命名为诱导性多能干细胞(iPS细胞)。进一步,用更严格的筛选基因nanog得到的iPS能够嵌合到生殖系中。而后,运用改进的方法从人的成体成纤维细胞也可以得到iPS细胞。然而,这种方法得到的嵌合体小鼠存在肿瘤形成现象,可能是由于c-Myc逆转录病毒整合到了基因组。通过替代的方法,去掉c-Myc的iPS也能够获得。为了进一步降低肿瘤形成的几率,近来发展了一种不依赖于病毒的方法,用质粒载体作为介质。iPS进一步的研究热点在于安全性以及从更严格的医学角度提高诱导iPS的效率,其分子机理和相关的技术问题也有待解决和克服。     

诱导多能干细胞研究进展

用4个外源基因从完全分化的人成纤维细胞诱导获得了具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPS细胞),成功逆转了细胞单向发育的规则,取得了细胞重编程和干细胞研究中的重大突破.围绕c-Myc基因和基因载体、诱导效率和外源基因替代因子等方面的研究内容,综述了自2007年人iPS细胞构建至今,国内外在改进iPS细胞诱导方法上的主要研究进展.     

2010年下半年生命科学、生物技术研究动态(国外篇)

1 脂肪细胞经再编程可形成iPS 新出版的<细胞移植>杂志报道,澳大利亚科学家成功地对成年实验鼠脂肪细胞和神经细胞进行"再编程"( reprogramming),从而获得了能够分化成各种各样细胞的多能干细胞.这些称为诱导多能干细胞(iPS)的细胞与自然形成的多能干细胞(如胚胎干细胞)十分接近.     

诱导多能干细胞及其在神经退行性疾病研究中的应用

用干细胞转录因子OCT4、SOX2、c-MYC和KLF4进行体细胞重编程产生具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPS细胞)是干细胞研究领域的突破性进展。近年来,iPS细胞的研究从产生方法、重编程机理及实际应用方面不断取得进展。由于iPS细胞的产生可取自体细胞,因而克服了胚胎干细胞应用的伦理学和免疫排斥等缺陷,为iPS细胞的临床应用开辟了广阔的前景。该文将对iPS细胞的产生方法、重编程机理及其在神经性退行性疾病的研究与应用进行文献综述,反映近几年iPS细胞最新研究成果,并阐述了用病人iPS细胞模型探讨帕金森氏病、老年性痴呆症、脊髓侧索硬化症、脊髓肌肉萎缩症及舞蹈症等5种常见神经性退行性疾病发病机理的研究现状。     

无饲养层和动物源蛋白的β-地中海贫血诱导多能干细胞系的建立

β-地中海贫血患者因无合适的造血干细胞供体来源从而不得不靠输血维持生命。诱导多能干细胞(iPS)技术为获得患者自身遗传背景的干细胞进行临床治疗开拓了新途径。目前,建立iPS细胞系的过程需要使用小鼠胚胎成纤维细胞作为饲养层和动物源的蛋白成分,因此建立的iPS细胞系存在病原体和动物源蛋白污染的可能性,不能应用于临床。采用目前商品化的TeSRTM2和StemAdhereTMDefined Matrix限定培养体系,利用Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc 4个转录因子组装在同一表达载体的可切除的慢病毒感染人β-地中海贫血成纤维细胞,建立了5株无饲养层和动物源蛋白的β-地中海贫血iPS细胞系,这些iPS细胞系具有人胚胎干细胞典型的特征,表达人胚胎干细胞的多能性分子标记,如Oct4、Nanog、Tra-1-60等。在体外分化能够形成拟胚体,在体内分化能够形成含有3个胚层类型细胞的畸胎瘤。     

诱导性多能干细胞向神经细胞分化的研究进展

诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)是通过转染外源特定的基因组合来诱导成体细胞重编程为类似于胚胎干细胞的一种多潜能干细胞,iPS细胞与胚胎干细胞不仅在形态上相似,而且在功能方面几乎相同.另外,iPS细胞的诞生克服了胚胎干细胞在临床应用时涉及的移植免疫排斥与伦理道德问题,因此具有重要的临床应用价值.目前iPS在治疗中枢神经系统性疾病方面的研究已取得很大进展,包括iPS细胞向神经细胞诱导分化方法的改进、分化机理的探索以及iPS细胞分化来源神经细胞在神经系统疾病模型中治疗作用的研究等.从iPS细胞的创建及特点、iPS细胞向神经细胞分化的诱导方法及研究新进展方面予以综述.     

iPS在临床应用的新进展

诱导性多潜能干细胞,即iPS细胞,是近年来干细胞领域最令人瞩目的一项新的干细胞制造技术,这个技术通过特定的基因组合与转染可以将已分化的体细胞诱导重编程为未分化的多能细胞.与胚胎干细胞(ES)不同,iPS细胞的制造不需要胚胎组织,也不涉及伦理学问题,更重要的是制备iPS细胞可以采用病人自己的体细胞制备,避免免疫排斥反应,并且来源广泛,因此给再生医学实践于临床带来了新的曙光.目前,iPS的研究尚处于初级阶段,本文就iPS的研究现状与已有在临床应用相关的实验报道作以综述.     

诱导多能干细胞(iPS)的诱导培养与鉴定

通过外源转录调控因子的诱导,使成体细胞重编程为胚胎干细胞(ES细胞)样的多能细胞,这种细胞称为诱导多能干细胞(iPS细胞),这一方法被称为iPS技术。目前,iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用,建立了相应的iPS细胞系,并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处,但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究,对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。     

诱导型细胞的研究进展

胚胎干细胞(ES细胞)和诱导型多能干细胞(iPS细胞)的研究进展为生物学基础研究注入了新的活力,然而免疫排斥、致瘤性以及诱导效率低等缺陷制约其进一步快速发展和临床应用．最近,科学家借鉴iPS细胞诱导技术和传统的诱导体系,将终末分化细胞直接诱导为功能性细胞,如心肌细胞、神经细胞和肝脏细胞,称为诱导型细胞．这些研究进展极大地促进了细胞分化、重编程和表观遗传学的研究,也为人类再生医学的研究提供了新的途径．     

诱导多能干细胞研究进展

成熟的体细胞过表达转录激活因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc能够转化为具有多能性的干细胞,称为诱导多能干细胞。类似于胚胎干细胞,诱导多能性干细胞具有自我更新和多向分化潜能性两个主要特征。同胚胎干细胞相比,诱导多能干细胞不仅能够为以细胞替代治疗为核心的再生医学提供无限的细胞来源,而且有望解决胚胎干细胞临床开发面临的伦理道德及免疫排斥问题。从诱导多能干细胞技术的建立、重编程的机理及其在临床中的应用几方面作简要综述。     

microRNA在诱导体细胞重编程中的作用

microRNA是调控基因转录后水平的一类长度约为22个核苷酸的非编码小分子RNA。大量研究证实, microRNAs广泛分布于真核生物, 其在细胞的分化发育、生长代谢等各种活动中都起着重要的调节作用。诱导多能性干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)是将体细胞诱导成为具有胚胎干细胞性质的多潜能干细胞。iPS过程的核心为体细胞表观遗传状态发生重编程, 因此, 探明体细胞重编程机制对建立完善的iPS技术具有重要理论和实际意义。利用病毒载体将Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc等因子导入体细胞的方法已不断发展, 但“基因组整合”及原癌基因的参与增加了诱导细胞的致癌率。随着使用腺病毒、质粒或蛋白诱导等“非整合型”方法及L-myc的替换均可获得具有多潜能性的干细胞, 癌变的风险大大降低。但其发生的理论机制仍不十分清楚。最近的研究证实, microRNAs影响体细胞的重编程过程, 特别是miR302/367、miR200、miR-34和miR290/295等家族的microRNAs在体细胞诱导为iPS过程中发挥重要作用。文章就近年microRNA在诱导多能干细胞中的作用进行综述。     

iPS细胞的遗传安全性

自2006年Takahashi和Yamanaka首次成功地从小鼠成纤维细胞诱导得到诱导多能性干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPS细胞)以来, 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; 与此同时, iPS细胞的遗传安全性也越来越多地受到人们的关注。文章将对iPS细胞遗传安全性的研究进展进行综述, 分析造成iPS细胞遗传不稳定的可能原因, 希望可以促进对iPS细胞诱导条件的优化, 获得遗传上较为安全的iPS细胞。     

iPS细胞的遗传安全性

自2006年Takahashi和Yamanaka首次成功地从小鼠成纤维细胞诱导得到诱导多能性干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPS细胞)以来,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;与此同时,iPS细胞的遗传安全性也越来越多地受到人们的关注。文章将对iPS细胞遗传安全性的研究进展进行综述,分析造成iPS细胞遗传不稳定的可能原因,希望可以促进对iPS细胞诱导条件的优化,获得遗传上较为安全的iPS细胞。     

诱导多功能干细胞的影响因素

将体细胞诱导为多功能干细胞为人类的再生医学提供了一个全新的研究手段,从而可以不用损坏胚胎就能获得可用于治疗各种特殊疾病的细胞。本文比较了近年来关于生成诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞)的诱导方法及重编程效率,总结了这些方法的共同点;另外通过对每个不同试验过程的影响因素进行比较,归纳了影响iPS细胞重编程过程的几个因素。     

胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）具有自我更新、无限增殖和多向分化的特性,包括分化成心脏组织的多种类型细胞。经体细胞重编程产生的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS）也被证明有类似胚胎干细胞的特性。但这些多能干细胞向心肌细胞自发分化的效率非常低,因此,如何有效地诱导这些多能干细胞向心肌细胞的定向分化对深入认识心肌发生发育的关键调控机制和实现其在药物发现和再生医学,如心肌梗塞、心力衰竭的细胞治疗以及心肌组织工程中的应用均具有非常重要的意义。该文重点综述了近年来胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展,并探讨了这一研究领域亟待解决的关键问题和这些多能干细胞的应用前景。     

体细胞重编程为诱导多能干细胞的研究

通过逆转录病毒将4个基因(Oct4 、 Sox2、c-Myc和Klf4)导入小鼠胚胎成纤维细胞 (mouse embryonic fibroblast, MEF)中,能诱导形成胚胎干细胞样特性的诱导多能干(induced pluripotent stem, iPS)细胞.人类iPS细胞的成功构建开拓了广泛的应用前景.本文简要综述了 iPS细胞的基因筛选,转导基因的选择以及iPS细胞的表观遗传特性等.