重编程和可诱导的多潜能干细胞

重编程和可诱导的多潜能干细胞关键词：成纤维细胞维生素c北京标准物质网在植物细胞的全能性得到证实后.人们自然而然地猜测动物细胞是否也存在全能性。实验证明，全能性在动物细胞中的体现不如植物细胞明显。卵细胞(未受精)是动物体全崔，最高的细胞。随着细胞分化程度的提高，动物细胞的全能性逐渐受到限制。分化潜能变窄.但是，它的细胞核仍然保持着全能性，因为细胞核内含有保持物种遗传性所需的全套基因组DNA。早期的研究发现，可以将动物成体细胞重编程(reprogramming)，方法是将体细监细胞核以显微注射或电击的方法注入去核的卵细胞中.再将其继续培养到囊胚期。1952年-Briggs和King发明了核移植的方法，将囊胚细胞的核移植到去核的青蛙卵细胞中；而20世纪60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移植及1997年克隆羊多莉的出现，证明了高等动物体细胞的细胞核具有发育全能性。体细胞克隆动物的成功表明，尽管体细胞的分化程度高，可塑性低，但在适当的条件下，以受精卵或卵细胞为受体，通过核移植后对体细胞核的重新编程，依然能发育成完整的个体。重编程(reprogramming)的目标是诱导已经分化的细胞退回到多潜能状态(pluripotency)，然后再分化成几乎所有的细胞类型。自然状态下重编程就是全能性的受精卵发育分化成所有细胞类型。以往的研究认为，干细胞一旦分化后，不能转变到其早期的分化阶段，然而，诱导性多潜能干细胞的发现，说明有一种内在的机制，能够将已经分化的细胞的“十”性(stemness)调整到像胚胎干细胞的多潜能状态(ESC—likeplurtpotentstate)。干细胞的“干"性指的是干细胞自我更新的能力以及多潜能，即能分化成胚胎的三个胚层所代表的组织和细胞类型的能力。从体细胞诱导产生多潜能干细胞可以通过过表达特定的转录因子来实现。2006年日本京都大学山中伸弥在世界著名学术杂志《细胞》上率先报道了这方面的研究。他们把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子基因克隆入病毒载体，然后引入小鼠成纤维细胞，发现可诱导其发生转化，产生的细胞在形态、基因和蛋白质表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似，故被称为诱导的多潜能干细胞。2007年，Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道，利用iPS技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的多潜能干细胞。所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和KIf4四种因子组合-而Thompson实验室采用了以慢病毒载体引入Oct4、Sox2、Nanog和LIN128。细胞多潜能状态的维持离不开该状态下基因表达谱的维持以及对应的细胞内过程。有三个转录因子OCT4、SOX2和NANOG在掌控这种状态时起重要作用。通过激活或抑制大量基因的表达，OCT4在发育以及多潜能性的维持上有核心作用。事实上，细胞缺失了OCT4后就不再能处于多潜能状态。SOX2在干细胞的自我更新中起作用，但并不只限于在多潜能细胞中表达。SOX2需要辅助因子才能稳定地结合DNA，通常情况下，SOX2与OCT4形成异源二聚体，同时SOX2可以使OCT4的表达处于一个合适的水平来维持多潜能性。在发育过程中，NANOG表达于多潜能细胞的内细胞团中。如果在已经获得多潜能状态的细胞中NANOG缺失，细胞仍旧能表现出很多干细胞的特征，推测NANOG的主要作用可能在获得多潜能性方面。这三个转录因子在不同的水平上对细胞的多潜能性发挥作用。并且，这三个转录因子都能结合到自身基因的启动子上，对自身的转录起调控作用。SOX2和OCT4一起还能调控NANOG的表达。让普通体细胞进行“初始化”，使其具备干细胞的功能，即是“iPSC”°iPSC具有和胚胎干细胞相类似的功能，因此不需要制造胚胎，就可以从任何组织的细胞甚至皮肤组织的细胞中制造出具有干细胞功能的细胞，相比于人胚胎干细胞在伦理上的问题，这种通过转录因子的组合重编程的方法的单纯性给再生医学打开了全新的视野。干细胞广泛应用的前提是明确其自我更新和定向分化的调控机制。重编程回避了在再生医学中从胚胎取材的问题，而直接用病人身上已经分化的细胞。从临床的角度看，这在避免伦理问题的同时，也在一定程度上避免了免疫排斥。然而，这种技术也需要关注原癌基因的引入所造成的对基因组带来的不利影响及潜在的致癌风险。目前的技术水平已经成功地从所获得的诱导多潜能干细胞中移除这些基因。有研究人员用帕金森氏症患者的皮肤细胞，通过上述方法培育出诱导多功能干细胞后，叉成功将其培育成为多巴胺神经元细胞，而多巴胺神经元细胞是帕金森氏症患者大脑中所缺少的一种细胞。因此，相关成果有望为帕金森氏症的治疗研究带来福音。另有研究发现，从多潜能干细胞分化而来的运动神经细胞与人体胚胎干细胞分化而来的运动神经细胞，在功能和效率上看上去十分相似。如果它们之间的相似性最终得以认定，该新成果将为利用病人特定细胞治疗其神经系统疾病开创新的方法。日本京都大学教授山中伸弥开发的iPS细胞培养方法成为世界首个获得批准的iPS细胞相关专利。蹦前在培育iPS细胞时，需要依靠逆转录酶病毒或慢病毒将基因导人体细胞，而使用病毒载体有可能引发肿瘤形成。此外，每次实验前都要制作新的病毒载体，对操作过程和实验室的管理要求很严格，这都阻碍着iPS细胞技术的普及。山中伸弥教授的研究小组成功使用两个质粒分别运载不同的基因，然后把两个质粒同时导人实验鼠胚胎成纤维细胞，成功培育出了iPS细胞。用这种方法培养的iPS细胞与以往的iPS细胞一样能分化生成表皮、横纹肌和神经组织等多种细胞，但其转化效率比以逆转录酶病毒为载体要低一些。我国学者裴端卿的研究小组发现，维生素c能够将原先每1万至1O万个细胞才能有1个细胞转化为多潜能干细胞的低效率大幅提高。在此