Ips人工诱导多能干细胞设计研究综述

1-/9.通过导入特定的转录因子可将分化的体细胞重编程为诱导性多能干细胞,这项技术与胚胎干细胞一样,iPS细胞能够自我更新并维持未分化状态。在体外,iPS细胞可定向胞，因此,iPS细胞在理论研究和临床应用等方面都极具应用价疾病，提供体外的疾病模型，为研究疾病形成的机制、筛选新药以及开发新的提供了iPS核供体细胞，同适当的受体细胞融合后便可以直接获得转基因动物。不仅可以提高动物的遗传本质，而且可以打破物种的界限，获得用SESC的建立，使再生医学得以建立和发展。由于胚胎干细胞有多向分化能力，可以有效修复退化的或是受损的组织，治疗一些疑难杂症。但是，基于胚胎干细胞的临床治疗面临着两个问题：1)植入异体胚胎干细胞可能导致机体的排异反应；2)每一个用于治疗的胚胎都有潜在发育成胞重构为iPS细胞。这两项发现分别被《自然》和《科学》杂志评为2007年第一和京大学研究人员在培养iPS细胞的时候添加人类骨髓细胞以及催进细胞增殖的蛋白质等物质使iPS细胞分化成了血小板的前身巨核细胞，进一步培育出血小板，同时也从2-/9.的方法高效率制备了virus-flee鼠iPS细胞，获得iPS细胞后，又成功将先前导入的需要制造胚胎，就可以从任何组织的细胞，甚至皮肤组织的细胞，制造出具有干细胞果用于医疗，那么理论上可以治愈所有疾病—凡是不好的组织都去除，替换为重新生Ips具有发育全能细胞核移植：将体细胞核导入到去核的卵母细胞,使体细胞核在去核的卵母细胞重将生殖细胞置于特定培养条件下进行培养，可使生殖细胞重新编程变成多能性细胞。由此可见多能性诱导因子可能在维持类似于胚胎干细胞的多能性中起非可用于分化和移植，还可以提供体外的疾病模型，以便于研究疾病形成的机制、筛选新药以及开发新的治疗方法。人类iPS细胞的建立被公认为2007年最重要的科技进3-/9.展之一,这项技术不仅可以从体细胞建立个体特异的多能干细胞系,解决了细胞移植治疗中的免疫排斥问题,而且为研究人类细胞的重编程的机理以及研究个体特异的疾病发生机理提供了有力的方法。在干细胞研究领域,iPS细胞技术的出现无疑是具有里程碑意义的突破,多种体细胞经过体外培养和诱导均可转变成为具有多向分化潜能的干细胞,并且证明了几种已知的转录因子可以使已分化的体细胞逆转为未分化的状态,表明细胞体细胞核移植或细胞融合可以重编程高度分化的体细胞,细胞重编程是指将成熟的逆转到一种未分化状态的过程有研究显示小鼠胚胎早在2-细胞期各个卵裂球很可能就已经体现出了不同的发育倾向。此后,细胞即向着不同的方向不断地发生分化。无论细胞分化的程度如何,它们与未分化细胞在基因组成上都是一样的。然而,在其发育过程中,它们的基因组发生了许多表观遗传修饰,说ES细胞重编程的因子,可诱导体细胞肝脏和胃细胞诱导iPS细胞也获得了成功。在小鼠中，最常用的是表皮成纤维细胞和和T细胞也获得成功。人类中新生儿的包皮、口腔黏膜、成人真皮最为常用，角质细等也有应用。有学者证明任意的体细胞都有被诱导成iPSMyc(即OSKM)。山中伸弥首先筛选出24个与维持ES细胞干性有紧密联系的细胞因子，将它们全部转入体细胞并诱导出iPS细胞，然后进一步减少转入因子的个数，之一的c-Myc作为一个癌症因子，因4-/9.国一个团队的质疑。他们观察到在敲除了c-MyciPS量反而提高了。该团队分析认为表观遗传改变要积累到一定认为的c-Myc的缺失导致细胞产量低是因不利于iPS细可能更利于iPS细胞的产出。当然细因子，同样可以获得iPS细胞，其多能性标记的表达和畸胎瘤的形成SKMiPSMyc到iPS细胞。但该文章中并未提到iPS首次得到完全由诱导多能干细胞(即iPS细胞)发育的小鼠之后，我国科学家在iPS细胞研究志《人类分子遗传学杂志》上的这项成果，是由中科院上海生命科学院／上海交大医学院健康科学研究所金颖研究员带领的干细胞研究组与上海新华医院陈方教授合作完成的。据金颖研究员介绍，此前科学家已经成功地将小鼠、大鼠、猕猴、猪和iPS也产生了巨大革新，如减少外源转录因子的种类，使用非整合病毒，质粒法等等。“目前关于人类诱导多能干细胞的研究还5-/9.处于起步阶段，所采用的供体细胞还仅仅局限在人包皮成纤维细胞、表皮细胞、毛异风险。”金颖说，“因此，如何找到一种理想的人类体细胞来源，是全世界科学家的重点关注课题。”据介绍，博士研究生李春亮等在金颖研究员指导下，从孕妇产前诊断时剩余的羊水细胞中发现一部分特殊类群，它们在病毒介导的四种因子诱导下，感染后第二天发生形态上的显著变化，第四天出现人胚胎干细胞类似形态的克行进一步鉴定后发现，这些细胞能够长期在体外稳定传代并保持体外长期传代核型正常，维持自我更新，蛋白和转录水平高表达全能性的标志基因。诱导多能干细胞按照国际标准尝试了羊水细胞来源的iPSPS3.iPS细胞的安全性术》杂志上报告说，动物实验证明，用不同种类的体细胞培育出的诱导多功能干细胞 (iPS)移植后使实验鼠出现肿瘤的危险性存在很大差异。研究人员分别利用小鼠胚胎的皮肤细胞、成年小鼠的胃细胞、尾巴的皮肤细胞以及肝脏细胞培育iPS细胞。利用不同的体细胞和培育方法，研究人员共培育出36种iPS细胞。接着，他们又使这36种iPS细胞都分化成具备演变成神经能力的细胞，并把这些细胞植入另一些实验鼠的大脑。结果显示，被植入分化细胞来自成年小鼠尾巴皮肤细胞的实验鼠中有83％体内出现了肿瘤；被植入分化细胞来自于小鼠胚胎皮肤细胞的实验鼠中只有8％出现肿瘤；而如果实验鼠移植的分化细胞来自成年小鼠的胃细胞，其体内没有出现肿瘤。研究还发现，利胞能分化生成各种组织细胞，同时又回避了伦理问题，被视为未来再生医疗的重要材料。上述研究表明，确保iPS细胞对治疗的安全性，最重要的是选择何种体细胞作为培 (1)iPS细胞在治疗血液疾病的应用Xu等将iPS细胞诱导分化为内皮前体细胞，然后移植到患有血友病小鼠的肝脏中，编程为iPS细胞，然后通过同源重组的方法用人野生型pA.珠蛋白基因替代了pass珠6-/9.蛋白基因,接着把遗传修饰后的iPS细胞定向分化为造血祖细胞(HPs),并将纯化后的人类iPS细胞制成血小板，日本东京大学干细胞生物学教授中内启光最近成功地用人类诱导多功能干细胞(iPS细胞)培养出血小板，这在世界尚属首次。中内启光等研究人员采用与日本京都大学教授山中伸弥同样的方法．向人类皮肤细胞植入基因，制成iPS细胞。在培养iPS细胞时，研究人员添加了人类骨髓细胞以及促进细胞增殖的蛋白质等物质结果iPS细胞分化成了血小板的前身巨核细胞；之后，巨核细胞进一步分化成血小板。血小板是哺乳动物血液的重要成分之一，具备收缩血管，形成止血栓，帮助止血等功能。手术中使用的血小板现在主要通过献血采集，在这种情况下血小板只能保存几天，十分不便。研究人员说．这项研究成果也表明，从技术上来说．用iPS细胞培育(2)体细胞核移植技术利用iPS细胞作为核供体细胞，同适当的受体细胞融合后便可以直接获得转基因动物。因此，将iPS细胞诱导技术同动物转基因技术相结合不仅可以提高动物的遗传本年，中国的两个研究团队在世界上首次建立了猪的iPS细胞系，填补了小鼠与人之间的空白。中国科学院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究团队从西藏微型猪的胚胎中分离成纤维细胞，再用逆转录病毒将转录因子导入成纤维细胞中，成功诱导了猪的iPS细胞系Il”。中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所肖磊研究小组，运用可诱导(Tet-on／of系统)的慢病毒表达系统表达转录因子把猪成体细胞成功地重编程到多能干细胞状态，经过进一步筛选、鉴定，最终也获得符合多能干细胞标准的猪iPS细胞系ll。这是世界首次培育出驯化的有蹄类动物的多能干细胞。猪在生理上与人的差异相对较小，因此，猪iPS细胞的建立具有重要意义：第一，我们可以使用诱导干细胞修改猪的与免疫有关的基因，从而让猪的器官与人类免疫系统兼容；第二，许多人类疾病是由基因表达障碍造成的，我们可以修改干细胞中猪的基因，并培育出携带同样基因障碍的猪，然后使用这种猪模型开发治疗这种疾病的法；第三，利用iPS技术培育出一种准确的转基因猪，改善它对某种疾病的耐性，从而改善畜牧业。目前，在牛、羊等其它大家畜中尚无这方面的报道，如果我们能够建立7-/9.这些动物的iPS细胞，并应用其来生产基因打靶或转基因动物，必然会提高转基因动物(3)治疗神经系统疾病Wemig等人将iPS细胞分化为神经前体细胞，然后把这些细胞移植入胎鼠脑d谷氨诱导分化来的多巴胺能神经元移植进帕金森病大鼠模型脑内，一段时间后可有效缓解大鼠疾病症状和改善其行为。最近，利用帕金森症患者的皮肤细胞培育出iPS细胞后，又成功将其分化为多巴胺神经元细胞，这是帕金森症患者大脑中所缺少的一种重要细胞。因此，其有望成为治疗帕金森症的一种方法。美国科学家成功培养出iPS细胞用于制造神经元。研究小组在iPS细胞的培养过程中采用了日本京都大学再生医学研究所的山中伸弥教授等确立的方法，即用逆转录病毒载体，将KLF4、SOX2、OCT4、c—MYC四种因子导入细胞。在检查培养的iPS细胞和患者是否携带相同基因变异的同时，也考察了基因表达谱和抗原一抗体反应谱，据此确认所得到的iPS细胞是ES细胞样细化的做法。虽然因使用逆转录病毒载体可能将外源基因在多处随机导入，但不会对诱导分化产生影响。经过诱导分化处理之后，已经确认在运动性神经元细胞有特异性转运动性神经元，在脊髓上表达了与处于生长阶段的运动性神经元类似的前体细胞标记。另外，即使在分化成神经胶质细胞的细胞上．也能够确认神经胶质细胞特异性标5.iPS细胞面临的问题个个突破性的成果既给我们带来了喜悦，也带来了新的挑战，细胞重编程有望迎来一个新的研究浪潮。尽管iPS细胞有着诱人的应用前景，然而，未来iPS细胞的研究也面临着许多亟需解决的问题：第一，效率问题。目前，诱导产生iPS细胞的率仍然很低，这与基因导人的方式整合位点、表观遗传学等多种因素有关。这已成为制约iPS从实验室走向临床的最大瓶颈。因此，如何提高iPS细胞的制备效率仍是人们普遍关注的问题。第二，安全性问题。现在诱导iPS细胞通常借助逆转录病毒为载体，将几种癌基因转入分化细胞诱导其8-/9.成为iPS细胞，而这种方法就有可能会因为外源基因插入细胞基因组，干扰了内源基因的表达，从而诱发癌症。第三，机制问题。细胞的多能性受到转录因子网络和表观遗传学的复杂调控，那么，仅仅依靠导人的几个转录因子是如何完成这一复杂的任务，从而诱导出具有多能性的细胞呢?深入研究体细胞重编程的分子机制，调控机制以及体外定向诱导分化机制也是未来研究的重要任务之一。第一，逆转录病毒和慢病毒载体瘤发生的潜在风险需要加以有效防范。第二，需要深入研究比较iPS细胞和hES种新的方法以避免基因转染或基因转导带来的潜在风险,如通过某些化学药物或因子激活体细胞中固有的上述转录因子的方式以替换外源性基因转染的方式,或者用某些因子的短暂性表达代替永久性导入。第四，提高制备iPS细胞的效率。需指出的是,iPS细胞研究的突破并不意味着ES细胞研究的衰亡,因为iPS细胞所使用的转录因子正是来源于小结IPS之所以引起人们的兴趣，是因为它解决了免疫排斥问题，并避免了伦理道德的。但是，由于它自身的安全性问题，目前IPS生医学的发展和疑难杂症的治疗带来的新希望。但是，这项技术离临床治疗还有很长的距离要走，最重要的一点就是要保证细胞的安全性。如果这一问题得以解决，细胞iPSJ科学通报lls5.刘林，陈凌恣，诱导多潜能干细胞(IPS)的研究现状9-/9.重编程为多能干细胞的研究进展[J];生命科学芳,肖高芳等.诱导性多潜能干细胞(iPScells)——现状及前景展望[J];生P