干细胞综述

iPS细胞研究进展及应用现状 摘要 关键词 概述 干细胞是一类具有无限或较长时期的自我更新、自我复制能力的多潜能细胞，在特定条件下具有分化为各种细胞、组织、器官的全能性。干细胞按来源可分为胚胎干细胞（ES细胞）和成体干细胞【周俊宜，分子医学实用技术】。很长一段时间，人们获取的干细胞主要来源于囊胚内细胞团德ES细胞，但在应用时却有很大的伦理问题，临床应用也因为在患者体内产生免疫排斥反应，使得胚胎干细胞的应用遇到了阻力。然而，早在上世纪90年代多利羊的产生就已说明体细胞通过核物质重新编程（reprogramming）可转化为可塑状态，具有全能性，继而发育成个体，这就使得人们对干细胞继续深入研究[1]，并在2006年，日本的Yamanaka课题组首次建立了iPS细胞系，并通过逆转入病毒载体将Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4四种转录因子导入小鼠的成纤维细胞，使小鼠皮肤细胞重新编程转化为类ES细胞的诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS细胞），并于2007年人源体细胞iPS技术也获得了成果，这在细胞核重新编程研究领域具有重要的意义。使得人们长久以来在干细胞研究与实践过程中遇到的问题在一定程度上得到了解决。 iPS细胞获取方法[2, 3] 在Yamanaka第一次报告了他制备iPS细胞的方法之后，在他基础上有很多改进的方法出现。其中一种方法是首先分离培养宿主细胞，然后将表达Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4或Oct4、Sox2、Nanog和Lin28的逆转录病毒感染宿主细胞，感染的细胞在的ES细胞培养基中生长，然后用Fbx15作为标志基因筛选出具有ESC特性的iPS细胞系。但是，由这种方法得到的iPS细胞在基因表达谱、DNA甲基化、形成嵌合体动物等方面不同于ES细胞。然而由于c-Myc是癌基因，可诱发肿瘤的发生，所以有学者就尝试用除了c-Myc基因之外的其他3种基因导入小鼠成纤维细胞，虽然降低了诱导生成iPS细胞的效果，但是该方法降低了肿瘤的发生率，增加了安全性。在使用病毒作为载体时，病毒介导的基因整合也是一个令人担忧的问题，所以有研究人员进一步将外来诱导基因整合到质粒DNA中，通过核转染的方法将质粒导入细胞中，这样就产生了不含载体和外来转基因序列的iPS细胞。 获取iPS细胞相关因子介绍[3] 日本的Yamanaka研究组和美国的James A. Thomson研究组分别用Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4或Oct4、Sox2、Nanog和Lin28两套基因转入成纤维细胞，均获得了类ES细胞的多潜能细胞。下面分别对以上基因作一简介。Oct3/4是建立iPS细胞的关键基因，他在量决定着胚胎干细胞的多向分化潜能。Sox2在胚胎发育的早期和生殖细胞中广泛表达，它对上胚层细胞维持未分化的状态意义重大。c-Myc与多种肿瘤的发生有关，但在体细胞重编程过程中，c-Myc并非诱导重编程所必须的转录因子，所以进一步的研究中有可能不再把c-Myc导入细胞中，以减少肿瘤的发生率。Klf4的基本生物学功能是通过对下游基因的控制，在细胞周期调控、细胞增殖和分化中发挥重要的作用。此外，它还与肿瘤发生、发展有密切的关系。Nanog在维持囊胚内细胞团和胚胎干细胞的多能性具有重要作用，在Nanog基因缺陷的胚胎仅包含一些不能辨认的胚外组织。Lin28不是转化说必须的转录因子，也不是维持iPS细胞多能性所必需的因素。 iPS细胞诱导效率过低问题[4] 虽然多数实验室已能建立iPS细胞系，但均面临一个难题，即iPS细胞低的诱导率，大约每1万个细胞可以产生1个iPS细胞，这就阻碍了它在临床的广泛应用。低诱导率可能与以下因素有关[3]：一是筛选时间和方法，不同种类的细胞在相同条件下产生iPS细胞所需时间不同，适当延长筛选时间可能得到纯度更高、数目更多的iPS细胞；而在筛选方法上应用形态学筛选，编程效率提高到0.5%，说明筛选方法对iPS细胞的诱导效率有影响。二是组织细胞类型和起始细胞量，把四种转录因子转入皮肤角质化细胞在10天左右即可形成克隆，与人类成纤维细胞相比，重新编程效率提高100倍以上。三是用无血清培养液可能加速诱导形成iPS细胞。 成体干细胞的应用 当机体受到损伤时，体内的相关系统会发出特异性的信号，将细胞招募到受损伤的部位并发挥修复功能。按照此构思，我们可以通过模拟体内微环境，在体外实现干细胞的定向诱导分化，然后将这种具有特定功能的细胞移植到体内相应受损部位，这不仅可恢复该部位的部分功能，而且避免了传统的药物治疗所引起的毒副作用。 干细胞在肿瘤，糖尿病，其他一些疾病的应用概述 IPS概述以及应用，存在的问题 References:[1]. 综述唐军, 诱导性多能干细胞体外诱导的现状和展望. 国际生物制品学杂志. 4: 第213-217页.[2]. 陈晓瑛等, 诱导性多能干细胞的发展及前景展望. 科技导报. 2: 第105-108页.[3]. 综述韩晓芳与审校熊承良, 成体细胞诱导产生多能干细胞的研究进展. 中国生育学杂志, 2010(9): 第567-570页.[4]. 姚理坤, 王保宁与孟延发, iPS细胞:一种肿瘤细胞. 现代生物医学进展. 14: 第2756-2759页. References: [1]. 综述唐军, 诱导性多能干细胞体外诱导的现状和展望. 国际生物制品学杂志. 4: 第213-217页. [2]. 陈晓瑛等, 诱导性多能干细胞的发展及前景展望. 科技导报. 2: 第105-108页. [3]. 综述韩晓芳与审校熊承良, 成体细胞诱导产生多能干细胞的研究进展. 中国计划生育学杂志, 2010(9): 第567-570页. [4]. 姚理坤, 王保宁与孟延发, iPS细胞:一种肿瘤细胞. 现代生物医学进展. 14: 第2756-2759页.