人诱导多能干细胞分化为心肌细胞关键基因的生物信息学分析

利用生物信息学分析的方法筛选人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, i PSCs)向心肌细胞分化的关键基因。收集GEO (Gene Expression Omnibus)数据库中关于人i PSCs向心肌细胞分化的高通量测序数据,包含i PSCs向心肌细胞分化的4个阶段的样本数据,分别是未分化的i PSCs (D0)、中胚层细胞(D2)、早期心肌细胞(D7)和心肌细胞(D14)。应用R包分析D0、D2、D7和D14样品之间的差异表达基因,并对差异表达基因进行功能和信号通路分析;构建差异表达基因的蛋白质-蛋白质互作(protein-protein interaction, PPI)网络;应用R包加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)对共表达的基因进行聚类,并将其划分为不同的基因模块;使用Cytoscape软件对重要基因模块的互作网络进行可视化和富集分析。结果显示, D0、D2、D7和D14样品之间的差异表达基因总共达917个,基于PPI网络筛选到的前10个基因...     

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。     

microRNA在多能干细胞向心肌细胞分化中的作用

microRNAs(miRNAs)是长约22 nt的非编码RNAs,广泛参与细胞的增殖、分化、病变、修复和凋亡等多种生命活动．多能干细胞（pluripotent stem cells）是指体外具有自我更新和多向分化潜能的细胞,在一定条件下可被定向诱导分化为多种细胞类型．miRNAs在多能干细胞中表达丰富,并通过调控基因表达影响其自我更新及分化．由多能干细胞向心肌细胞分化的方法主要有3种,即拟胚体形成法、与内胚层细胞共培养法和特定诱导物添加法．虽然这3种方法均可成功诱导多能干细胞向心肌细胞分化,但重复率很低. 所以,人们把研究的视野逐渐转向miRNAs--这个广泛参与细胞生命活动的小分子物质．大量研究表明,在多能干细胞中,不同的miRNAs可通过打靶不同基因影响其向心肌细胞分化．在间充质干细胞中,miR-1、miR-133 和miR-499可分别打靶Hes-1、SRF和Pdcd4| 而在胚胎干细胞中,miR-1和miR-499分别打靶 Hand2和Pacs2促进其向心肌细胞分化．miRNAs在多能干细胞向心肌分化作用机制的研究必将促进再生医学在心脏疾病治疗上的应用．     

使用xCELLigence RTCA Cardio及小鼠胚胎干细胞衍生Cor．At心肌细胞进行药物心脏安全性评估

序论 在过去的二十年中，大量知名度很高的药物因为会产生不良的心脏反应，它们或者退出了出场，或者因此受到了监管部门的安全警告。导致心脏不良药物反应的根本原因多种多样，但是可以大致地分为直接和间接原因这两类。多数因为产生心脏毒素而退出市场的药物，     

人胚胎干细胞向心肌细胞定向诱导分化

最近已有多种方案用于人胚胎干细胞向心肌细胞分化,但是分化效率相对较低。因此,有必要研究更恰当的分化方法,来加强心肌细胞分化,从而产生满足细胞移植治疗需要的大量细胞。本研究表明,早期拟胚体形成阶段使用含血清培养基对人胚胎干细胞向心肌分化具有至关重要的作用。在EB形成阶段的第5-7天,加入维生素C、二甲基亚砜和5-氮杂2′-脱氧胞苷处理,能够促进具有自发节律性收缩的心肌细胞的分化。用0.1mmol／L AA,特别是与5-aza-dC联合能诱导分化更多的搏动心肌细胞。大部分自发节律收缩的细胞团的收缩频率与成人心脏搏动频率一致,并持续至194天。     

小鼠胚胎干细胞分化心肌细胞毒蕈碱受体的表达特征

为了探讨胚胎干细胞分化心肌细胞（ESCM）毒蕈碱受体的表达规律及β肾上腺素能系统对M2受体表达的影响,采用10^－4 mol/L维生素C体外诱导小鼠M13胚胎干细胞分化为心肌细胞,用RT-PCR检测到分化后的细胞表达心肌细胞特异性基因Nkx2.5和β肌球蛋白重链;用免疫荧光法检测到分化后的细胞表达心肌细胞特异性标志物α辅肌动蛋白.小鼠胚胎干细胞分化前表达M₁和M₂毒蕈碱受体,在分化过程中,M₁受体表达逐渐下降, M₂受体表达在第3 d显著下降,此后表达逐渐增加,在第14 d达到高峰;Western印迹结果显示,异丙肾上腺素明显抑制M₂受体的表达,选择性β₁肾上腺素受体拮抗剂CGP20712A明显上调其表达,而选择性β₂肾上腺素受体拮抗剂 ICI118551对其表达无影响.本实验表明,小鼠胚胎干细胞分化心肌细胞表达毒蕈碱受体, β肾上腺素能系统对M₂受体表达有调控作用.     

胚胎干细胞向心肌细胞分化过程中能量代谢变化的研究

本文通过定向诱导人胚胎干细胞分化为心肌细胞,对分化过程中胚胎干细胞、心肌祖细胞和心肌细胞糖酵解能力和线粒体氧化磷酸化能力进行实时定量检测,旨在探索分化过程中细胞能量代谢表型的转换机制.用GSK3抑制剂CHIR99021和Wnt信号通路小分子抑制剂IWP2的方法定向分化人胚胎干细胞为心肌祖细胞和心肌细胞;细胞免疫荧光检测人胚胎干细胞标志物,流式细胞术检测人心肌祖细胞和心肌细胞标志物;应用细胞外流量分析(extracellular flux analysis)方法检测人胚胎干细胞、心肌祖细胞和心肌细胞能量代谢情况.研究发现,人胚胎干细胞干性保持稳定,均表达Nanog、OCT4、SOX2细胞标志物;在向心肌分化过程中,第7 d心肌祖细胞标志物Isl1表达99%以上,分化第14 d心肌细胞标志物cTnT表达83%以上;人胚胎干细胞糖酵解代谢能力最强,心肌细胞线粒体功能最强,心肌祖细胞处于两种代谢方式的过度阶段.因此推断,在人胚胎干细胞向心肌细胞分化的过程中,细胞糖酵解能力逐渐减弱,线粒体氧化磷酸化能力逐渐增强,细胞的能量代谢类型发生转变.本研究旨在优化人胚胎干细胞定向分化为心肌细胞的方法,揭示...     

胚胎干细胞体外分化心肌细胞的研究

胚胎干细胞是从动物胚胎内细胞团分离的具有全能性的细胞.研究证明分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成心肌细胞,这一发现为小鼠胚胎干细胞向各种特化心脏细胞(动脉样细胞、血管样细胞、窦样细胞、心室样细胞、蒲肯野氏样细胞)分化提供了依据,使基因功能的研究在体外成为可能.1998年末人类ES细胞的成功培养奠定了心脏细胞的再生性治疗的战略基础.主要综述了目前ES细胞体外分化心肌细胞的进程,讨论了此进程对心脏基因研究的促进作用.     

人诱导多能干细胞与人胚胎干细胞分化过程中Oct4/Nanog基因表达的比较

目的：比较通过慢病毒方法获得的人诱导多能性干细胞（iPSCs）与人胚胎干细胞（hESCs）分化过程中全能性基因Oct4、Nanog的表达变化。方法：收集分化不同时间点的拟胚体（EBs）,检测三胚层分化基因以及全能性基因Oct4/Nanog的表达,并通过畸胎瘤组织切片的荧光染色分析Oct4的表达。结果：iPSCs获得的EB中内外三胚层分化基因表达的出现明显晚于hESCs来源的EB。不同于hESCs,iPSCs悬浮培养获得的EBs在体外培养18天未见内源性Oct4、Nanog基因表达的下调。未分化的iPSCs注射严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠培养10周后获得的畸胎瘤中仍存在Oct4阳性的细胞,但iPS-#2中明显少于iPS-#5。结论：通过慢病毒方法获得的iPSCs虽然具有向三胚层分化的能力,但在分化过程中仍维持较高水平的全能性基因Oct4、Nanog的表达。     

多顺反子质粒重编程人脂肪干细胞为诱导多能干细胞

为建立多顺反子质粒载体转染技术获得人脂肪干细胞(adipose stem cells,ASCs)来源的诱导多能干细胞(induced pluripotency stem cells,iPSCs),应用2A元件连接Oct4/Sox2/KLF4/c-Myc四因子基因,构建为单一开放阅读框的多顺反子质粒载体．使用该质粒对ASCs进行转染及重编程为iPSC．采用形态学观察、特异性抗体免疫荧光鉴定、体外拟胚体诱导分化和体内畸胎瘤形成等方法进行鉴定．结果显示,ASCs成功重编程为iPSCs,具有与人胚胎干细胞相似的形态学及多向分化潜能;通过拟胚体和畸胎瘤实验证实iPSCs能在体内外分化成三胚层细胞;DNA印迹实验显示质粒载体序列未整合至iPSCs基因组中．因此,通过多顺反子质粒载体重编程技术成功建立的人iPSCs具有多向分化潜能,可减免发生插入突变和免疫排斥问题,为iPSCs在遗传性或退行性疾病的治疗奠定了实验基础．     

人类及小鼠胚胎干细胞的不同多能性状态

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)是来源于早期胚胎的全能性细胞,在合适条件下具有分化为任何一类成体细胞的潜力。在小鼠中,根据细胞来源的胚胎发育时间,ESCs可以被分为原始态多能性(na(?)ve pluripotency)和始发态多能性(primed pluripotency)两种状态。这两种状态的细胞在发育上相互联系,具有不同的形态、信号依赖、发育性质、基因表达及表观遗传学性质,并且在特定的条件下可以相互转化。人类胚胎干细胞(human embryonic stem cells,hESCs)的发育潜能曾一度被认为低于小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,mESCs),直到人类原始态胚胎干细胞的发现证明了hESCs可以表现出与mESCs相似的性质。这对于人类胚胎发育的研究及ESCs在临床治疗上的实际应用都具有重要的意义。     

Comparative Proteomic Analysis Reveals the Upregulation of Ketogenesis in Cardiomyocytes Differentiated from Induced Pluripotent Stem Cells

Diverse metabolic pathways, such as the tricarboxylic acid cycle, pyruvate metabolism, and oxidative phosphorylation, regulate the differentiation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) to cells of specific lineages and organs. Here, the protein dynamics during cardiac differentiation of human iPSCs into cardiomyocytes (CMs) are characterized. The differentiation is induced by N‐(6‐methyl‐2‐benzothiazolyl)‐2‐[(3,4,6,7‐tetrahydro‐4‐oxo‐3‐phenylthieno[3,2‐d]pyrimidin‐2‐yl)thio]‐acetamide, a Wnt signaling inhibitor, and confirmed by the mRNA and protein expression of cTnT and MLC2A in CMs. For comparative proteomics, cells from three stages, namely, hiPSCs, cardiac progenitor cells, and CMs, are prepared using the three‐plex tandem mass tag labeling approach. In total, 3970 proteins in triplicate analysis are identified. As the result, the upregulation of proteins associated with branched chain amino acid degradation and ketogenesis by the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway enrichment analysis are observed. The levels of 3‐hydroxymethyl‐3‐methylglutaryl‐CoA lyase, 3‐hydroxymethyl‐3‐methylglutaryl‐CoA synthase 2, and 3‐hydroxybutyrate dehydrogenase 1, involved in ketone body metabolism, are determined using western blotting, and the level of acetoacetate, the final product of ketogenesis, is higher in CMs. Taken together, these observations indicate that proteins required for the production of diverse energy sources are naturally self‐expressed during cardiomyogenic differentiation. Furthermore, acetoacetate concentration might act as a regulator of this differentiation.     

诱导多能干细胞来源的肝细胞在HCV感染模型中的应用*

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)与胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)类似,是一类具有自我更新和无限增殖潜能的细胞, 并且能诱导分化为机体各胚层所有类型的细胞。因iPSCs来源于机体本身,规避了ESCs的免疫排斥和医学伦理等问题,具有极大的研究前景及应用潜能。大量研究表明,诱导多能干细胞分化的肝样细胞(iPS-derived hepatocyte-like cells,iHLCs)已广泛运用于HCV体内外感染模型的建立,并用于研究HCV的发病机制、宿主基因在HCV致病机制和筛选新型抗HCV药物及疫苗的研发。主要对iPSCs的来源、从不同策略诱导iPSCs成为功能性肝细胞的研究方法及其在HCV感染模型中的应用进行归纳总结。     

诱导多能干细胞来源的肝细胞在HCV感染模型中的应用*

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)与胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)类似,是一类具有自我更新和无限增殖潜能的细胞, 并且能诱导分化为机体各胚层所有类型的细胞。因iPSCs来源于机体本身,规避了ESCs的免疫排斥和医学伦理等问题,具有极大的研究前景及应用潜能。大量研究表明,诱导多能干细胞分化的肝样细胞(iPS-derived hepatocyte-like cells,iHLCs)已广泛运用于HCV体内外感染模型的建立,并用于研究HCV的发病机制、宿主基因在HCV致病机制和筛选新型抗HCV药物及疫苗的研发。主要对iPSCs的来源、从不同策略诱导iPSCs成为功能性肝细胞的研究方法及其在HCV感染模型中的应用进行归纳总结。     

通过形成类胚体诱导人羊水多能干细胞向心肌细胞分化

由人羊水中分离羊水多能性干细胞,通过形成类胚体诱导其向心肌细胞分化.取人羊水标本进行体外培养,分离得到人羊水干细胞,已连续传代培养至42代,采用免疫细胞化学、RT-PCR和流式细胞仪技术对羊水干细胞的生物学特性进行检测.取10～15代羊水干细胞,悬浮培养使其形成类胚体,进而向心肌细胞诱导分化.培养的羊水干细胞呈成纤维样,表达部分胚胎干细胞特异标志基因,悬浮培养可形成类胚体.类胚体碱性磷酸酶(AP)检测呈阳性,表达三胚层特异标志基因fgf5、ζ-globin和α-fetoprotein.羊水干细胞形成类胚体后进行诱导,得到α-actin阳性细胞,表达心肌细胞特异标志基因Tbx5、Nkx2.5、GATA4和α-MHC.试验结果表明,从人羊水标本中可分离得到具有胚胎干细胞特性的细胞,经初步检测确定为羊水干细胞,并能通过形成类胚体诱导其向心肌细胞分化.     

人诱导多能干细胞与人胚胎干细胞分化过程中Oct4/Nanog 基因 表达的比较

目的:比较通过慢病毒方法获得的人诱导多能性干细胞(iPSCs)与人胚胎干细胞(hESCs)分化过程中全能性基因Oct4、Nanog的表达变化。方法:收集分化不同时间点的拟胚体(EBs),检测三胚层分化基因以及全能性基因Oct4/Nanog的表达,并通过畸胎瘤组织切片的荧光染色分析Oct4的表达。结果:iPSCs获得的EB中内外三胚层分化基因表达的出现明显晚于hESCs来源的EB。不同于hESCs,iPSCs悬浮培养获得的EBs在体外培养18天未见内源性Oct4、Nanog基因表达的下调。未分化的iPSCs注射严重联合免疫缺陷(SCID)小鼠培养10周后获得的畸胎瘤中仍存在Oct4阳性的细胞,但iPS-#2中明显少于iPS-#5。结论:通过慢病毒方法获得的iPSCs虽然具有向三胚层分化的能力,但在分化过程中仍维持较高水平的全能性基因Oct4、Nanog的表达。     

The Aurora Kinase Inhibitor CYC116 Promotes the Maturation of Cardiomyocytes Derived from Human Pluripotent Stem Cells

Human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have great potential in applications such as regenerative medicine, cardiac disease modeling, and in vitro drug evaluation. However, hPSC-CMs are immature, which limits their applications. During development, the maturation of CMs is accompanied by a decline in their proliferative capacity. This phenomenon suggests that regulating the cell cycle may facilitate the maturation of hPSC-CMs. Aurora kinases are essential kinases that regulate the cell cycle, the role of which is not well studied in hPSC-CM maturation. Here, we demonstrate that CYC116, an inhibitor of Aurora kinases, significantly promotes the maturation of CMs derived from both human embryonic stem cells (H1 and H9) and iPSCs (induced PSCs) (UC013), resulting in increased expression of genes related to cardiomyocyte function, better organization of the sarcomere, increased sarcomere length, increased number of mitochondria, and enhanced physiological function of the cells. In addition, a number of other Aurora kinase inhibitors have also been found to promote the maturation of hPSC-CMs. Our data suggest that blocking aurora kinase activity and regulating cell cycle progression may promote the maturation of hPSC-CMs.     

定向诱导小鼠ES细胞向心肌细胞的分化

为了提高体外诱导ES细胞向心肌细胞分化的效率 ,对以往的诱导方法加以改进 ,采用直接悬浮培养和 0 8%DMSO诱导 ,建立了简便、高效的定向诱导ES细胞向心肌细胞分化的体系 .诱导第 9d起可见自发性、有节律跳动的类胚体出现 ,第 14d达到高峰 ,约有 70 %的拟胚体产生跳动 .用RT PCR的方法在跳动的拟胚体中检测到心肌细胞特异性标志物的表达 ,采用免疫荧光染色的方法在蛋白水平检测到心肌特异的α辅肌动蛋白 (α actinin)的表达 ,并可见清晰肌小节 ,表明在改进的体外诱导条件下ES细胞可分化为成熟的心肌细胞 .