欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 1 诱导性多潜能干细胞的研究进展和应用前景 学号:201111630 姓 名 :李 明 君 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 2 Abstract Recent reports demonstrate that mouse somaticcells can be directly reprogrammed into pluripotentembryonic stem (ES) cell-like cells byin vitro introduction of four transcription factors, Oct4, Sox2, c -Myc and Klf4. These cells aredesignated as induced pluripotent stem (iPS) cells. Similarly, the transfection with these fourtranscription factors or a cocktail of Oct4, Sox2, Nanog and LIN28 has been shown to be sufficientto reprogram human somatic cells to iPScells that are indistinguishable from human EScells. Since reactivation of the c-Myc transgenehas been reported to increase tumorigenicityin the chimeras and progeny mice, amodifiedprotocol with only three factors (Oct4, Sox2 andKlf4) has been recently used to make mouse andhuman iPS cells fromadultdermalfibroblasts. Differentiated somatic cells can be directly reprogrammed into induced pluripotent stem ( iPS) cells in vitro. Similarly to embryonic stem ( ES) cells,iPS cellshavepluripotency to differentiate into allcell types and capability toself-renew themselvesindefinitely. Without immune rejection and ethical issues,patient-specific iPS cells promise to be an ideal tool for regenerative medicine,drug screening,and toxicity testing. 摘要 研 究 证 实 采 用 体 外 导 入 Oct4、 Sox2、 c-Myc和 Klf4等 4个 转 录 因 子 可 将 小 鼠 体 细 胞直 接 重 构 成 为 ES细 胞 样 的 多 潜 能 细 胞 , 这 类 细 胞 被 命 名 为 诱 导 性 多 潜 能 干 细 胞(iPS细 胞 ). 同 样 ,转 染 上 述 因 子 或 Oct4、 Sox2、 Nanog、 LIN28等 4个 因 子 也 能 够使 人 类 体 细 胞 重 构 为 iPS细 胞 , 后 者 与 人 类 ES细 胞 的 基 本 特 征 相 似 . 据 报 道 , 由 于 转 染 基 因 c-Myc的 重 新 激 活 可 使 嵌 合 体 和 子 代 小 鼠 的 肿 瘤 发 生 增 加 , 故 近期 建 立 了 一 种 仅 使 用 3个 因 子 (Oct4、 Sox2和 Klf4)的 改 良 方 案 , 也 可 将 成 年 小 鼠和 成 人 皮 肤 成 纤 维 细 胞 诱 导 转 化 为 iPS细 胞 . 近 期 文 献 资 料 表 明 , 人 类 iPS细 胞系 对 于 制 备 疾 病 的 新 模 型 和 药 物 研 究 有 帮 助 , 但 其 用 于 移 植 治 疗 的 应 用 前 景 则需 要 进 一 步 加 以 考 证 . 分 化 成 熟 的 体 细 胞 可 在 体 外 被 重 编 程 为 诱 导 性 多 潜 能 干细 胞 ,后 者 具 有 与 胚 胎 干 细 胞 相 似 的 自 我 更 新 能 力 和 发 育 多 潜 能 性 ,同 时 避 免 了免 疫 排 斥 和 伦 理 问 题 。患者 特 异 性 的 诱 导 性 多 潜 能 干 细 胞 将 成 为 再 生 医 学 、药物筛 选 毒 理 测 试 的 理 想 工 具 。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 3 关键词: 基 因 转 染 ; 体 细 胞 重 构 ; 干 细 胞 ; 转 录 因 子 0引 言 干 细 胞 (stem cells)是 人 体 及 其 各 种 组 织 细 胞 的 初 始 来 源 , 其 最 显 著 的 生 物 学 特 征是 既 有 自 我 更 新 和 不 断 增 殖 的 能 力 , 又 有 多 向 分 化 的 潜 能 .干 细 胞 根 据 不 同 的 来源 分 为 成 体 干 细 胞 (somaticstem cells)和 胚 胎 干 细 胞 (embryonic stem cells, ES细胞 ). 成 体 干 细 胞 包 括 骨 髓 间 充 质 干 细 胞 、 胰 腺 干 细 胞 、 神 经 干 细 胞 等 成 体 组 织中 存 在 的 干 细 胞 , 理 论 上 在 特 定 条 件 下 可 分 化 为 特 定 的 组 织 器 官 , 是 修 复 和 再 生的 基 础 . ES细 胞 是 从 着 床 前 的 早 期 胚 胎 (囊 胚 )内 细 胞 团 中 分 离 得 到 的 一 种 二 倍 体细 胞 , 理 论 上 具 有 发 育 和 分 化 成 为 机 体 内 几 乎 所 有 组 织 细 胞 类 型 的 潜 能 . 治 疗 性克 隆 是 开 展 ES细 胞 研 究 的 终 极 目 标 , 但 有 关 ES细 胞 和 治 疗 性 克 隆 的 研 究 一 直 存在 激 烈 的 伦 理 学 争 论 . 近 1年 来 , 为 避 开 伦 理 学 争 论 , 国 外 学 者 通 过 体 细 胞 体 外基 因 转 染 技 术 建 立 诱 导 性 多 潜 能 干 细 胞 (induced pluripotent stem cells, iPS 细 胞 )系 . Hanna et al 近期已经进行了iPS细胞应用基础研究的首次 尝 试 , 利 用 人 类 镰 状 细 胞性 贫 血 的 小 鼠 动 物 模 型 , 取 其 尾 尖 部 皮 肤 的 成 纤 维 细 胞 ,通 过 导 入 Oct4、 S o x 2 、K l f 4 及 c-Myc基 因 , 获 得 自 体 iPS细 胞 . 干 细 胞 分 为 成 体 干 细 胞 和 胚 胎 干 (ES)细 胞 , ES细 胞 是 从 囊 胚 内 细 胞 团 中 分 离 得到 的 一 种 二 倍 体 细 胞 ,具 有 发 育 和 分 化 成 为 机 体 内 几 乎 所 有 组 织 细 胞 类 型 的 潜 能 . 但 ES细 胞 的 研 究 一 直 存 在 激 烈 的 伦 理 学 争 论 , 为 避 开 伦 理 学 争 论 , 国 外 学 者 通过 体 细 胞 体 外 基 因 转 染 技 术 建 立 诱 导 性 多 潜 能 干 (iPS)细 胞 系 . 1 胚胎干细胞研究的新进展、应用前景及面临的困难 1999 年12 月 ， Science 杂 志 公 布 了 当 今 世 界 科 学 发 展 的 评 定 结 果 ，干细 胞 的 研究 成 果 名 列 十 大 科 学 进 展 榜 首 。 胚 胎 干 细 胞 研 究 的 科 学 价 值 在 于 其 诱 人 的 应 用 前景 。 如 果 最 终 能 够 成 功 诱 导 和 调 控 胚 胎 干 细 胞 的 分 化 与 增 殖 ，将对 胚 胎 干 细 胞 的基 础 研 究 和 临 床 应 用 带 来 积 极 的 影 响 ， 使 之 有 可 能 在 以 下 领 域 发 挥 重 要 作 用 。 a 揭 示 人 及 动 物 的 发 育 机 制 及 影 响 因 素 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 4 生命 最 大的 奥 秘便 是 人是 如 何从 一 个细 胞 发展 为 复 杂得 不 可思 议 的生 物 体的 。 人胚胎 细 胞系 的 建立 及 人胚 胎 干细 胞 研究 ， 可 以 帮 助我 们 理解 人 类发 育 过程 中 的复杂事 件 ，使人 深 刻认 识 数十 年 来困 扰 着胚 胎 学 家的 一 些基 本 问题 ，促 进对 人 胚胎发育 细 节的 基 础研 究 。人胚 胎 干细 胞 的体 外 可 操作 性 ，可以 一 种伦 理 上可 接 受的方式 ，提 供在 细 胞和 分 子水 平 上研 究 人体 发 育 过程 中 极早 期 事件 的 方法 。这 种研究不 会 引起 与 胎儿 实 验相 关 联的 伦 理问 题， 因 为 仅靠 自 身胚 胎 干细 胞 是无 法 形成胚胎 的 。 b. 药 学 研究 方 面 胚胎 干 细胞 系 可分 化 为多 种 细胞 类 型， 又是 能 在 培养 基 中不 断 自我 更 新的 细 胞来源。它发 展 为胚 体 后的 生 物系 统，可 模拟 体 内细 胞 与组 织 间复 杂 的相 互 作用 ，这在药 物 研究 领 域具 有 广泛 的 用途 。 胚 胎 干细 胞 有 望在 短 期内 就 能体 现 的优 势 在于药物 筛 选中 。 目 前 用于 药 物筛 选 的细 胞 都来 源 于 动物 或 癌细 胞 这样 非 正常 的 人体细胞 ， 而 胚胎 干 细胞 可 以经 体 外定 向 诱导 ， 为人 类 提 供各 种 组织 类 型的 人 体细 胞，这使 得 更多 类 型的 细 胞实 验 成为 可 能。 虽不 会 完 全取 代 在整 个 动物 和 人体 上 的实验 ，但 会 使药 品 研制 的 过程 更 为有 效 。当细 胞 系 实验 表 明药 品 是安 全 的且 效 果良好， 才 有资 格 在实 验 室进 行 动物 和 人体 的 进一 步 实 验。 在候 选 药物 对 各种 细 胞的 药 理作 用 和毒 性 试验 中 ， 胚 胎 干细 胞 提供 了 对新 药 的药理、药效、毒 理 及药 代 等研 究 的细 胞 水平 的 研究 手 段，大大 减 少了 药 物检 测 所需动物 的 数量 ，降 低了 成 本。另 外 ，由于 胚胎 干 细胞 类 似于 早 期胚 胎 的细 胞 ，它们有可 能 用来 揭 示哪 些 药物 干 扰胎 儿 发育 和 引起 出 生 缺陷 。 人 胚 胎干 细 胞还 可 以用于其 它 用途 。由 于这 类 细胞 本 质上 可 以无 限 量 地产 生 人体 细 胞 ，它 们 对于 旨 在发现稀 有 人蛋 白 的研 究 计划 理 应有 用 。国际 上 许 多制 药 公司 、学 者都 瞄 准了 这 一重要的 研 究领 域 。 c. 细 胞替 代 治疗 和 基因 治 疗的 载 体 胚胎 干 细胞 最 诱人 的 前景 和 用途 是 生产 组 织和 细 胞，用 于“细 胞 疗法”，为 细 胞移植提 供 无免 疫 原性 的 材料 。任 何涉 及 丧失 正 常 细胞 的 疾病 ，都 可以 通 过移 植 由胚胎干 细 胞分 化 而来 的 特异 组 织细 胞 来治 疗 。如 用 神 经细 胞 治疗 神 经退 行 性疾 病(帕金 森 病 、亨 廷 顿舞 蹈 症 、阿 尔 茨海 默 病等)，用 胰 岛细 胞 治疗 糖 尿病 ，用 心肌细胞 修 复坏 死 的心 肌 等。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 5 胚 胎 干 细 胞 还 是 基 因 治 疗 最 理 想 的 靶 细 胞 。 这 里 的 基 因 治 疗 是 指 用 遗 传 改 造 过 的人 体 细 胞 直 接 移 植 或 输 入 病 人 体 内 ，达到 控 制 和 治 愈 疾 病 的 目 的 。这种 遗 传 改 造包 括 纠 正 病 人 体 内 存 在 的 基 因 突 变 ， 或 使 所 需 基 因 信 息 传 递 到 某 些 特 定 类 型 细 胞 。 当 然 ，干细 胞 技 术 的 最 理 想 阶 段 是 希 望 在 体 外 进 行 “器 官 克 隆 ”以 供 病 人 移 植 。如果 这 一 设 想 能 够 实 现 ，将是 人 类 医 学 中 一 项 划 时 代 的 成 就 ，它将 使 器 官 培 养 工 业化 ， 解 决 供 体 器 官 来 源 不 足 的 问 题 ； 使 器 官 供 应 专 一 化 ， 提 供 病 人 特 异 性 器 官 。人 体 中 的 任 何 器 官 和 组 织 一 旦 出 现 问 题 ，可 像 更 换 损 坏 的 零 件 一 样 随 意 更 换 和 修理 。 1981年 , ES细 胞 的 分 离 和 培 养 首 先 在 小 鼠 中 获 得 成 功 , 是 至 今 研 究 最 广 泛 、 最成 熟 的 干 细 胞 体 系 . 随 后 , 牛 、 羊 等 大 动 物 的 ES细 胞 分 离 和 培 养 也 相 继 获 得 成功 . 1995年 , 美 国 威 斯 康 辛 大 学 Thomson et al 从 恒 河 猴 囊 胚 中 分 离 并 建 立 了第 一 个 灵 长 类 的 ES细 胞 系 . 1998年 , 该 研 究 小 组 从 体 外 受 精 形 成 的 囊 胚 中 首 次分 离 并 建 立 了 人 类 ES(hES)细 胞 系 , 由 此 推 动 了 干 细 胞 研 究 热 潮 的 兴 起 . hES细胞 具 有 以 下 特 征 ; (1)体 外 扩 增 培 养 条 件 下 具 有 强 大 的 增 殖 能 力 , 并 且 保 持 稳 定的 正 常 二 倍 体 染 色 体 核 型 和 带 型 ; (2)具 有 较 高 的 端 粒 酶 活 性 和 碱 性 磷 酸 酶 表 达 ; (3)具 有 转 录 因 子 Oct4的 表 达 ; (4)具 有 阶 段 特 异 性 胚 胎 抗 原 -3(stage-specific embryonic antigen-3, SSEA-3)、 SSEA-4等 特 异 性 表 面 抗 原 的 表 达 ; (5)具 有 分化 的 多 潜 能 性 , 将 hES细 胞 注 射 到 小 鼠 皮 下 可 形 成 畸 胎 瘤 , 其 中 含 3个 胚 层 的 组织 细 胞 . 上 述 特 征 可 用 于 hES细 胞 建 系 的 鉴 定 . 治 疗 性 克 隆 是 指 采 用 体 细 胞 核 转 移 (somaticcell nuclear transfer, SCNT)技 术将 患 者 体 细 胞 核 与 供 体 去 核 卵 母 细 胞 重 构 形 成 克 隆 囊 胚 , 分 离 带 有 患 者 基 因 型的 hES细 胞 , 进 而 在 体 外 诱 导 分 化 为 特 定 的 自 体 组 织 细 胞 用 于 疾 病 治 疗 . 治 疗性 克 隆 是 开 展 hES细 胞 建 系 和 诱 导 定 向 分 化 研 究 的 根 本 意 义 所 在 . 2004年 , 韩 国首 尔 大 学 黄 禹 锡 et al 报 道 利 用 SCNT技 术 获 得 人 类 克 隆 囊 胚 来 源 的 hES细 胞 系 , 通 过 该 技 术 方 案 可 制 备 患 者 特 异 性 的 ES细 胞 , 但 这 些 研 究 结 果 后 来 被 证 实 为 学术 造 假 . 2007-11-22, 美 国 科 学 家 Mitalipov领 导 的 研 究 团 队 报 道 采 用 纺 锤 体 显像 系 统 直 视 下 的 改 良 SCNT技 术 建 立 猕 猴 ES细 胞 系 , 这 是 在 灵 长 类 动 物 中 通 过 克隆 技 术 成 功 建 立 ES细 胞 系 的 首 次 报 道 , 说 明 SCNT的 关 键 技 术 难 题 在 非 人 灵 长 类中 已 经 被 破 解 . 2008-2-21, French et al报 道 采 用 传 统 的 抽 吸 或 挤 压 去 核 方 法的 SCNT技 术 , 将 青 年 女 性 的 去 核 卵 母 细 胞 与 成 人 男 性 成 纤 维 细 胞 的 细 胞 核 进 行欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 6 融 合 , 从 而 建 立 了 人 类 克 隆 胚 胎 , 其 中 发 育 成 为 囊 胚 的 比 率 为 23%.然 而 , 在 所建 立 的 5个 克 隆 囊 胚 中 , 只 有 1个 囊 胚 被 证 实 同 时 具 有 供 体 细 胞 核 的 基 因 组 DNA和 卵 母 细 胞 的 线 粒 体 DNA, 另 外 2个 囊 胚 仅 被 证 实 具 有 供 体 细 胞 核 的 基 因 组 DNA. 此 外 , 该 研 究 小 组 目 前 尚 未 建 立 相 应 的 hES细 胞 系 . 提 示 SCNT技 术 距 离 临 床 应用 还 有 一 些 关 键 技 术 环 节 需 要 得 到 破 解 . 截 止 2007-12底 , 全 世 界 已 在 美 国国 立 卫 生 研 究 院 (NIH)注 册 的 hES细 胞 系 共 有 78个 . hES细 胞 研 究 的 应 用 前 景 主 要是 移 植 治 疗 , 在 组 织 工 程 学 领 域 中 以 hES细 胞 作 为 种 子 细 胞 , 可 为 临 床 上 细 胞 、组 织 或 器 官 的 移 植 治 疗 提 供 大 量 的 材 料 . 通 过 控 制 hES细 胞 分 化 培 养 环 境 、 转 染能 够 促 进 ES细 胞 定 向 分 化 的 关 键 分 子 基 因 等 体 外 诱 导 分 化 策 略 , 可 获 得 特 异 性的 组 织 细 胞 类 型 . 这 类 细 胞 用 于 移 植 治 疗 , 将 给 糖 尿 病 、 帕 金 森 氏 病 、 脊 髓 损伤 、白血 病 、心肌 损 伤 、肾衰 竭 、肝硬 化 等 疾 病 的 治 疗 带 来 新 的 希 望 . 此 外 , 利用 基 因 打 靶 技 术 使 外 源 性 DNA与 ES细 胞 中 的 相 应 区 域 基 因 进 行 重 组 , 或 靶 向 破坏 ES细 胞 等 位 基 因 造 成 基 因 纯 合 子 失 效 的 方 法 , 可 能 用 于 治 疗 某 些 遗 传 性 疾 病 . hES细 胞 还 可 用 于 研 究 人 类 胚 胎 发 育 、疾病 的 发 生 机 制 、药物 筛 选 与 药 物 研 发 等 . 一 直 以 来 , hES细 胞 研 究 面 临 着 许 多 难 题 和 争 议 , 主 要 包 括 以 下 几 个 方 面 : (1)供 体 卵 母 细 胞 的 来 源 困 难 , hES细 胞 建 系 效 率 低 . 在 一 项 美 国 学 者 的 研 究 中 , 来自 12名 供 卵 者 的 162个 卵 母 细 胞 有 110个 (68%)体 外 受 精 成 功 , 其 中 101个 受 精 卵有 50个 (50%)发 育 至 扩 张 的 囊 胚 阶 段 , 40个 囊 胚 采 用 免 疫 手 术 处 理 形 成 18个 内 细胞 团 , 最 终 仅 建 立 了 3个 hES细 胞 系 . 此 外 , SCNT技 术 的 不 成 熟 必 将 需 要 进 一 步耗 费 更 多 的 人 类 卵 母 细 胞 , 故 而 其 来 源 难 以 得 到 保 证 . (2)免 疫 排 斥 反 应 ,除 非采 用 SCNT技 术 , 否 则 患 者 对 hES细 胞 分 化 而 来 的 各 种 细 胞 和 组 织 仍 然 存 在 免 疫排 斥 反 应 . (3)hES细 胞 具 有 成 瘤 性 , 移 植 到 受 体 的 体 内 后 有 发 展 为 肿 瘤 的 可 能性 , 即 使 采 用 SCNT技 术 、 给 移 植 细 胞 设 置 自 杀 基 因 等 应 对 措 施 , 也 不 一 定 能 够很 好 地 解 决 这 个 问 题 . (4)体 外 保 持 hES细 胞 全 能 性 的 条 件 非 常 复 杂 , hES细 胞 在体 外 发 育 分 化 成 为 完 整 的 器 官 目 前 也 难 以 做 到 . (5)伦 理 学 争 论 , 与 上 述 困 难 相比 , 伦 理 问 题 是 hES细 胞 研 究 面 临 的 最 大 障 碍 , 由 于 hES细 胞 研 究 必 须 摧 毁 人 类早 期 胚 胎 , 并 且 治 疗 性 克 隆 研 究 存 在 导 向 生 殖 性 克 隆 的 潜 在 风 险 , 这 些 已 经 触及 了 人 类 伦 理 观 念 甚 至 宗 教 和 法 律 问 题 , 从 而 引 起 社 会 各 界 激 烈 的 争 议 , 以 至于 美 国 总 统 布 什 曾 两 度 否 决 了 有 关 放 宽 美 国 联 邦 政 府 资 助 ES细 胞 研 究 的 提 案 . 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 7 2 诱导性多潜能干细胞的研究进展 为 避 开 hES细 胞 和 治 疗 性 克 隆 研 究 的 伦 理 学 争 论 , 需 要 找 到 一 种 替 代 途 径 , 以便 将 人 类 的 体 细 胞 直 接 转 化 为 多 潜 能 干 细 胞 , 为 患 者 提 供 “ 个 性 化 ” 的 自 体 干细 胞 . 2003年 , Gurdon研 究 小 组 发 现 , 将 已 完 全 分 化 的 小 鼠 胸 腺 细 胞 或 成 人 外周 血 淋 巴 细 胞 的 细 胞 核 注 入 爪 蟾 卵 母 细 胞 后 ,哺 乳 动 物 细 胞 核 的 分 化 标 志 物 丧 失 , 而 哺 乳 动 物 干 细 胞 中 最 具 特 征 性 的 标 志 物 Oct4则 呈 高 表 达 , 提 示 哺 乳 动 物 细 胞核 可 直 接 被 两 栖 动 物 卵 母 细 胞 核 泡 所 重 构 从 而 表 达 Oct4, 这 项 研 究 开 启 了 诱 导人 类 体 细 胞 转 变 成 干 细 胞 的 新 思 路 . 2006年 , 日 本 京 都 大 学 Yamanaka研 究 小 组采 用 体 外 基 因 转 染 技 术 , 从 24个 因 子 中 筛 选 出 Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4等 4个转 录 因 子 , 通 过 逆 转 录 病 毒 将 上 述 4个 转 录 因 子 导 入 胚 胎 小 鼠 成 纤 维 细 胞 或 成年 小 鼠 尾 部 皮 肤 成 纤 维 细 胞 , 在 小 鼠 ES细 胞 的 培 养 条 件 下 获 得 了 Fbx15的 多 潜能 干 细 胞 系 , 该 细 胞 系 在 细 胞 形 态 、 生 长 特 性 、 表 面 标 志 物 、 形 成 畸 胎 瘤 等 方面 与 小 鼠 ES细 胞 非 常 相 似 , 而 在 基 因 表 达 谱 、 DNA甲 基 化 方 式 及 形 成 嵌 合 体 动 物方 面 却 不 同 于 小 鼠 ES细 胞 , 故 将 其 命 名 为 iPS细 胞 . 2007-07, Ya m a n a k a研 究 小 组 进 一 步 用 Nanog代 替 Fbx15进 行 筛 选 , 得 到 了Nanog的 iPS细 胞 系 , 该 i P S细 胞 不 仅 在 细 胞 形 态 、 生 长 特 性 、 标 志 物 表 达 、 移植 到 小 鼠 皮 下 可 形 成 包 含 3个 胚 层 组 织 细 胞 结 构 的 畸 胎 瘤 等 方 面 与 小 鼠 ES细 胞 非常 相 似 , 而 且 在 DNA甲 基 化 方 式 、 基 因 表 达 谱 、 染 色 质 状 态 、 形 成 嵌 合 体 动 物 等方 面 也 与 小 鼠 ES细 胞 几 乎 完 全 相 似 . 此 外 , 研 究 还 发 现 重 新 激 活 原 癌 基 因c-Myc是 嵌 合 体 动 物 出 现 肿 瘤 形 成 的 原 因 ; 而 转 染 的 上 述 4个 基 因 在 iPS细 胞 中并 没 有 表 达 , 表 明 这 些 基 因 只 在 诱 导 过 程 中 起 作 用 , iPS细 胞 保 持 多 潜 能 性 状 态的 原 因 是 内 源 性 转 录 因 子 Nanog基 因 的 表 达 . 同 时 独 立 发 表 的 另 一 篇 来 自 美 国科 学 家 的 研 究 论 文 同 样 证 实 了 上 述 4个 转 录 因 子 足 以 使 小 鼠 成 纤 维 细 胞 在 体 外 诱导 重 构 成 为 类 似 小 鼠 ES细 胞 的 iPS细 胞 .新 近 , Yamanaka研 究 小 组 报 道 了 小 鼠 肝细 胞 和 胃 上 皮 细 胞 同 样 也 可 被 重 构 成 为 iPS细 胞 , 遗 传 学 细 胞 谱 系 示 踪 分 析 显示 , iPS细 胞 源 自 谱 系 定 型 的 体 细 胞 的 直 接 重 构 , 而 未 发 现 逆 转 录 病 毒 整 合 到 特定 的 基 因 位 点 与 细 胞 核 重 构 相 关 . 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 8 2007-11, Yamanaka研 究 小 组 利 用 相 同 的 技 术 , 将 上 述 同 样 的 4个 转 录 因 子 导 入到 人 类 皮 肤 成 纤 维 细 胞 中 , 也 成 功 获 得 了 iPS细 胞 . 原 代 人 类 成 纤 维 细 胞 样 滑膜 细 胞 和 源 自 新 生 儿 成 纤 维 细 胞 的 细 胞 系 同 样 也 可 被 重 构 成 为 iPS细 胞 . 这 类iPS细 胞 在 细 胞 形 态 、 增 殖 能 力 、 表 面 抗 原 标 志 、 基 因 表 达 谱 、 多 潜 能 干 细 胞 特异 性 基 因 的 表 观 遗 传 学 状 态 、 端 粒 酶 活 性 等 方 面 与 hES细 胞 相 似 , 并 且 在 体 外 培养 时 和 在 小 鼠 体 内 畸 胎 瘤 形 成 中 均 可 分 化 为 3个 胚 层 的 不 同 细 胞 类 型 . 与 此 同时 , 威 斯 康 辛 大 学 Thomson研 究 小 组 也 报 道 了 成 功 诱 导 胎 儿 成 纤 维 细 胞 转 化 为具 有 hES细 胞 基 本 特 征 的 人 类 iPS细 胞 , 所 不 同 的 是 他 们 使 用 慢 病 毒 作 为 载 体 , 并 在 14个 候 选 基 因 中 选 择 了 Oct4、 Sox2、 Nanog、 Lin28等 4个 基 因 进 行 转 导 . Park et al利 用 来 自 胎 儿 、 新 生 儿 及 成 人 的 皮 肤 或 肺 部 的 原 代 成 纤 维 细 胞 , 其 中 包 括来 自 1名 健 康 男 性 皮 肤 活 检 得 到 的 成 纤 维 细 胞 ,采 用 Yamanaka研 究 小 组 的 策 略 也获 得 了 相 同 的 结 果 . 他 们 还 发 现 Oct4和 Sox2在 诱 导 重 构 为 iPS细 胞 过 程 中 是 必需 的 , 正 是 这 两 个 转 录 因 子 维 持 了 人 类 iPS细 胞 的 多 潜 能 性 , 而 Klf4和 c-Myc的作 用 是 改 变 染 色 质 的 结 构 , 从 而 有 利 于 Oct4和 Sox2的 结 合 , 以 提 高 诱 导 的 效 率 . 此 外 , 这 项 研 究 的 重 要 意 义 在 于 将 取 自 皮 肤 活 检 的 成 纤 维 细 胞 诱 导 为 iPS细 胞 . 上 述 研 究 表 明 , 从 活 检 人 类 皮 肤 组 织 中 提 取 体 细 胞 后 进 行 诱 导 以 制 备 患 者 特 异性 的 干 细 胞 是 可 行 的 , 因 而 有 望 克 服 细 胞 移 植 治 疗 中 存 在 的 免 疫 排 斥 反 应 . 鉴 于 导 入 c-Myc基 因 可 使 嵌 合 体 小 鼠 的 肿 瘤 发 生 率 高 达 20%, 可 能 会 阻 碍 其 未 来的 临 床 应 用 . 因 此 , Yamanaka研 究 小 组 新 近 报 道 , 小 鼠 和 人 类 皮 肤 成 纤 维 细 胞转 染 c-Myc以 外 的 其 余 3个 基 因 , 在 调 整 培 养 条 件 后 也 可 得 到 iPS细 胞 . 去 除c-Myc基 因 尽 管 可 使 未 来 临 床 应 用 的 安 全 性 显 著 提 高 , 但 形 成 iPS细 胞 的 效 率 却明 显 降 低 . 虽 然 嵌 合 体 小 鼠 在 100 d内 没 有 肿 瘤 发 生 , 但 逆 转 录 病 毒 的 再 激 活 仍有 导 致 肿 瘤 发 生 的 潜 在 风 险 . 同 样 , 慢 病 毒 转 染 技 术 可 能 也 存 在 类 似 的 风 险 . 3 诱导性多潜能干细胞的应用前景 Hanna et al近 期 已 经 进 行 了 iPS细 胞 应 用 基 础 研 究 的 首 次 尝 试 , 利 用 人 类 镰 状细 胞 性 贫 血 的 小 鼠 动 物 模 型 , 取 其 尾 尖 部 皮 肤 的 成 纤 维 细 胞 ,通 过 导 入 Oct4、Sox2、 Klf4及 c-Myc基 因 , 获 得 自 体 iPS细 胞 ; 进 一 步 采 用 基 因 特 异 性 打 靶 技 术对 人 类 镰 状 血 红 蛋 白 等 位 基 因 进 行 纠 正 后 , 将 体 外 培 养 的 自 体 iPS细 胞 诱 导 为造 血 干 细 胞 , 移 植 后 可 治 疗 动 物 模 型 的 镰 状 细 胞 性 贫 血 . 此 外 ,人 类 iPS细 胞 目欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 9 前 可 能 用 于 制 备 疾 病 的 新 模 型 以 研 究 发 病 机 制 , 还 可 能 用 于 药 物 研 发 中 以 鉴 定药 物 治 疗 反 应 . 人 类 iPS细 胞 系 可 为 患 者 提 供 “ 个 性 化 ” 的 自 体 干 细 胞 , 为 许 多 退 行 性 或 损 伤性 疾 病 的 治 疗 学 发 展 带 来 巨 大 的 希 望 , 对 于 制 备 疾 病 的 新 模 型 和 药 物 研 发 也 有帮 助 , 但 其 用 于 移 植 治 疗 则 需 要 进 一 步 加 以 考 证 . iPS细 胞 研 究 成 果 在 干 细 胞 研 究 领 域 中 无 疑 是 具 有 里 程 碑 意 义 的 突 破 , 多 种 体细 胞 经 过 体 外 的 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 , 从 而 阐明 了 细 胞 的 巨 大 可 塑 性 . 由 于 iPS细 胞 研 究 不 再 使 用 人 类 早 期 胚 胎 , 故 卵 母 细胞 来 源 的 难 题 得 到 了 合 理 的 解 决 , 伦 理 学 的 争 论 将 随 之 平 息 , 自 体 iPS细 胞 来源 的 细 胞 移 植 给 患 者 自 身 也 将 使 免 疫 排 斥 反 应 的 难 题 迎 刃 而 解 . 尽 管 如 此 , iPS细 胞 在 应 用 于 临 床 之 前 , 还 面 临 许 多 问 题 ; (1)逆 转 录 病 毒 和 慢 病 毒 载 体 导 致 肿瘤 发 生 的 潜 在 风 险 需 要 加 以 克 服 ; (2)需 进 行 深 入 的 研 究 , 比 较 iPS细 胞 和 hES细胞 在 细 胞 生 物 学 特 性 、 定 向 分 化 机 制 等 方 面 是 否 具 有 显 著 的 差 异 ; (3)需 建 立 一种 新 的 方 法 以 避 免 基 因 转 染 带 来 的 潜 在 风 险 , 如 通 过 某 些 药 物 或 因 子 激 活 体 细胞 中 业 已 存 在 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 ; (4)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 ES细 胞 长 期 研 究 的 积 淀 , 并 且 治 疗 性 克 隆 在 近 期也 取 得 某 些 非 常 重 要 的 进 展 . 尽 管 iPS细 胞 研 究 的 突 破 为 许 多 退 行 性 或 损 伤 性疾 病 的 治 疗 学 发 展 带 来 巨 大 的 希 望 , 但 其 真 正 的 临 床 应 用 前 景 尚 需 进 一 步 观 察和 考 证 . 提 高 iPSCs 的 诱 导 效 率 和 安 全 性 以 使 其 应 用 于 临 床 医 疗 是 当 前 研 究 的 热 点 ,各种 改 进 方 法 层 出 不 穷 ,未 来 甚 至 将 有 可 能 出 现 只 须 使 用 1 种 重 组 蛋 白 或 是 某 些小 分 子 化 合 物 即 可 将 体 细 胞 转 变 为 iPSCs 的 方 法 。 只 有 对 这 些 方 法 从 安 全 和 效率 等 方 面 进 行 系 统 全 面 的 比 较 和 评 估 ,才 能 挑 选 出 获 得 高 质 量 iPSCs 的 最 佳 方法 。 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 10 从 iPSCs 的 重 编 程 方 法 中 受 到 启 发 ,筛 选 出 3 个 神 经 系 统 特 异 的 转 录 因 子 ,绕 过了 iPSCs,直 接 将 小 鼠 成 纤 维 细 胞 重 编 程 为 功 能 性 神 经 元 。 尽 管 这 种 绕 过 iPSCs 的 方 法 受 限 于 需 要 从 人 体 上 大 量 获 取 重 编 程 所 需 的 供 体 细 胞 ,但 这 一 有 趣 的 研 究成 果 仍 旧 为 从 体 细 胞 直 接 培 育 各 种 组 织 细 胞 提 供 了 新 的 思 路 。 同 时 ,应 该 注 意 到 关 于 iPSCs 还 有 一 些 主 要 问 题 依 然 没 有 得 到 很 好 的 解 答 ,如 诱导 体 细 胞 重 编 程 产 生 iPSCs 的 分 子 机 制 ,以 及 iPSCs 和 ESCs 在 表 观 遗 传 修 饰 和基 因 表 达 谱 方 面 的 差 异 与 它 们 的 发 育 多 潜 能 性 和 致 癌 性 有 着 什 么 样 的 关 系 等 。最近 ,Li 等 发 现 导 入 的 Oct3 /4、 Sox2、 c-Myc 和 Klf4 4 种 因 子 通 过 抑 制 维 持 间质 细 胞 特 征 的 转 录 因 子 Snail 以 及 TGF-信 号 通 路 ,并 诱 导 E-cadherin 等 上 皮细 胞 特 性 基 因 表 达 ,抑 制 了 成 纤 维 细 胞 的 上 皮 间 质 转 化 ,转 而 开 启 了 间 质 上 皮 转化 ,启 始 了 成 纤 维 细 胞 转 变 为 多 潜 能 细 胞 的 重 编 程 过 程 。 该 研 究 对 于 阐 明 iPSCs 的 诱 导 机 制 是 一 个 良 好 的 开 端 。 此 外 ,iPSCs 在 癌 症 研 究 中 也 将 发 挥 出 巨 大 作 用 。肿 瘤 细 胞 与 多 潜 能 细 胞 具 有 很 多 相 似 之 处 ,都 具 有 永 生 化 特 点 ,也 都 能 成 瘤 。 因此 , iPSCs 将 有 助 于 阐 明 永 生 化 、 癌 变 与 重 编 程 过 程 之 间 的 重 要 联 系 。 Marchetto 等 发 现 将 人 的 神 经 干 细 胞 转 化 为 iPSCs 后 ,这 些 iPSCs 仍 携 带 着 供体 细 胞 的 一 些 转 录 标 签 。 而 Hu 等 通 过 比 较 iPSCs 和 ESCs 分 化 为 神 经 上 皮 细 胞和 各 种 功 能 神 经 元 的 能 力 ,发 现 iPSCs 表 现 出 明 显 的 低 效 和 更 多 的 变 异 ,不 能 忠实 地 重 现 ESCs 的 所 有 分 化 能 力 。 以 上 结 果 说 明 需 要 更 深 入 地 研 究 重 编 程 产 生 的iPSCs 与 ESCs 的 异 同 ,并 探 索 出 更 有 效 的 方 法 将 iPSCs 分 化 成 临 床 需 要 的 细 胞类 型 ,应 用 于 建 立 疾 病 模 型 、 药 物 筛 选 、 毒 性 检 测 、 细 胞 替 代 治 疗 和 再 生 医 学 等领 域 ,加 快 从 基 础 研 究 向 临 床 应 用 的 转 化 。 参 考文献 1 洪 天 配 . 干 细 胞 用 于 治 疗 糖 尿 病 的 研 究 : 梦 想 与 现 实 的 距 离 . 中 国 糖 尿 病 杂 志2008; 16: 65-67 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 11 2 洪 天 配 . 胰 腺 干 细 胞 研 究 的 现 状 与 展 望 . 世 界 华 人 消 化 杂 志 2005; 13: 286-289 3 蒋 兴 然 ,陆 士 新 .诱 导 性 多 潜 能 干 细 胞 的 研 究 进 展 与 应 用 中 国 医 学 科 学 院 北 京 协 和 医 学 院 肿 瘤 医 院 & 肿 瘤 研 究 所 国 家 分 子 肿 瘤 学 重 点 实验 室 ,北 京 100021 4 Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, WaknitzMA, Sw iergiel JJ, Marshall VS, Jones JM. Embryonicstem cell lines derived from human blastocysts. Science 1998; 282: 1145-1147 5 Hong-mei P, Gui-an C. Serum-free mediumcultivation to improve efficacy in establishment ofhuman embryonic stem cell lines. Hum Reprod 2006; 21: 217-222 6 Hwang WS, Ryu YJ, Park JH, Park ES, Lee EG, KooJM, Jeon HY, Lee BC, Kang SK, Kim SJ, Ahn C, Hw ang JH, Park KY, Cibelli JB, Moon SY. Evidenceof a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst. Science 2004; 303: 1669-1674 7 Hwang WS, Roh SI, Lee BC, Kang SK, Kwon DK, Kim S, Kim SJ, Park SW, Kwon HS, Lee CK, Lee JB, Kim JM, Ahn C, Paek SH, Chang SS, Koo JJ, YoonHS, Hwang JH, Hwang YY, Park YS, Oh SK, KimHS, Park JH, Moon SY, Schatten G. Patient-specificembryonic stem cells derived from human SCNTblastocysts. Science 2005; 308: 1777-1783 听 过 的 报 告 ： 1、 张 亚 平 院 士 题 目 ： 基 因 组 时 代 的 生 物 进 化 研 究 2、 李 传 友 研 究 员 题 目 ： Jasmonate auxin interplays in regulating root growth。 3、 吕 东 平 博 士 题 目 ： 植 物 先 天 免 疫 的 信 号 转 导 （ Signal Transduction in Plant Innate Immunity) 4、 张 玉 忠 教 授 题 目 ： 海 洋 适 冷 细 菌 重 要 生 命 过 程 的 生 理 生 化 机 制 及 生 态 适应 5、 高 建 刚 教 授 题 目 ： 利 用 基 因 打 靶 技 术 研 究 基 因 的 功 能 及 建 立 人 类 疾 病 动物 模 型 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！ 12 6、 舒 红 兵 教 授 题 目 ： 抗 病 毒 天 然 免 疫 信 号 转 导 及 调 控 7、 程 祝 宽 研 究 员 刘 宝 教 授 报 告 一 ： 植 物 同 源 染 色 体 重 组 的 分 子 机 理 报 告 二 ： 多 倍 体 小 麦 基 因 组 进 化 报 告 三 ： Stories behind the Plant Standing-up 8、 刘 春 明 、 漆 小 泉 研 究 员 王 道 文 研 究 员 报 告 一 ： 植 物 胚 胎 发 育 的 合 子 激 活 分 子 机 理 研 究 报 告 二 ： 植 物 次 生 代 谢 及 代 谢 组 学 报 告 三 ： 小 麦 分 子 育 种 ： 挑 战 、 思 考 与 研 究 进 展 9、 曲 音 波 教 授 题 目 ： 利 用 系 统 生 物 学 技 术 攻 克 生 物 质 降 解 转 化 难 关 试 论 复 杂 问 题 要 用 系 统 观 念 解 决 10、 夏 光 敏 教 授 题 目 ： 小 麦 渐 渗 系 基 因 组 变 异 与 功 能 新 基 因 发 掘