小分子化合物诱导细胞重编程研究进展

细胞重编程指细胞内的基因表达由一种类型转变为另一种类型,通常包含两层含义:一是分化的细胞重新恢复到多能性或全能性状态;二是从一种分化的细胞转变为另一种分化的细胞。细胞重编程可为临床患者特异性细胞治疗提供无限的细胞资源。细胞重编程的途径有细胞核移植、转染特定转录因子、小分子化合物诱导等方法。核移植技术由于通常需要使用到卵子,而被认为存在伦理问题;转录因子的导入存在引起宿主基因突变的问题,限制了这一技术的临床应用。然而小分子化合物容易合成、细胞渗透性好,并且生物效应具有可塑性,使用小分子化合物诱导细胞重编程,避免了核移植的伦理问题和基因操作潜在的危害。目前,使用小分子化合物从体细胞诱导获得更安全的i PSCs(induced pluripotent stem cells),ci CMs(chemically induced functional cardiomyocyte cells)和ci NSLCs(chemical-induced neural stem cell-like cells)。对小分子化合物诱导细胞重编程,包括小分子化合物诱导多能干细胞;小分子化合物诱导潜能扩展的多能干细胞,以及小分子化合物诱导细胞转分化等方面的研究做了总结,并对小分子化合物诱导的未来发展做了展望,旨在为今后这方面的研究提供借鉴。     

全化学诱导体细胞重编程和转分化

终末分化细胞可以通过重编程和转分化转变为其他类型的细胞,对再生医学领域的研究有重要意义。化学小分子由于结构多样性,及作用剂量、时间的可控性,其在重编程和转分化领域的应用前景广阔。我国科学家在该方向的研究中也取得了许多引人瞩目的成就。对体细胞重编程和转分化的方式、小分子化合物在体细胞重编程研究领域的应用以及全化学诱导体细胞重编程和转分化研究的最新进展,尤其是我国科学家在本领域的进展进行综述。     

诱导性多能干细胞构建策略及其提高重编程效率的方法

以Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc等转录因子于体细胞中异位表达,可获得具有胚胎干细胞特性的诱导性多能干细胞(iPSCs),但是iPSCs技术的重编程效率和应用于临床上的安全性却都很低。目前,iPSCs的研究集中于3个方面:一是增加iPSCs技术的重编程效率;二是增加iPSCs应用于临床时的安全性;三是开创新的构建iPSCs的方法。第一个方面通过调整体细胞的表观遗传特性和细胞信号网络来达到;第二个方面可通过减少致癌性因子的使用及选择合适的载体系统来达到。而且,一些小分子化合物和调节细胞信号网络的方法也被用于诱导体细胞重编程为iPSCs。相对于仅仅使用转录因子重编程体细胞为iPSCs,使用小分子化合物或调节细胞信号网络的方法重编程体细胞为iPSCs的效率更高,而且通过这种方法获得的iPSCs的有更高的临床安全性。新构建iPSCs的方式与依赖含转录因子表达载体构建iPSCs的传统模式区别较大,它们的临床安全性或(和)重编程效率也得到了极大提高。使用4个转录因子的重组蛋白或体外合成并修饰的转录因子的mRNA已经能成功构建iPSCs;而使用miRNAs高效率重编程小鼠和人的体细胞为iPSCs的方法则开创了脱离转录因子重编程体细胞的全新策略。     

microRNA在诱导体细胞重编程中的作用

microRNA是调控基因转录后水平的一类长度约为22个核苷酸的非编码小分子RNA。大量研究证实, microRNAs广泛分布于真核生物, 其在细胞的分化发育、生长代谢等各种活动中都起着重要的调节作用。诱导多能性干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)是将体细胞诱导成为具有胚胎干细胞性质的多潜能干细胞。iPS过程的核心为体细胞表观遗传状态发生重编程, 因此, 探明体细胞重编程机制对建立完善的iPS技术具有重要理论和实际意义。利用病毒载体将Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc等因子导入体细胞的方法已不断发展, 但“基因组整合”及原癌基因的参与增加了诱导细胞的致癌率。随着使用腺病毒、质粒或蛋白诱导等“非整合型”方法及L-myc的替换均可获得具有多潜能性的干细胞, 癌变的风险大大降低。但其发生的理论机制仍不十分清楚。最近的研究证实, microRNAs影响体细胞的重编程过程, 特别是miR302/367、miR200、miR-34和miR290/295等家族的microRNAs在体细胞诱导为iPS过程中发挥重要作用。文章就近年microRNA在诱导多能干细胞中的作用进行综述。     

哺乳动物DNA甲基化及其在体细胞诱导重编程中的作用

诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)技术提供了将终末分化的细胞逆转为多潜能干细胞的可能, 在干细胞基础理论研究和再生医学中具有重要意义。然而, 目前体细胞诱导重编程方法效率极低, 常发生不完全的重编程。研究表明, 在不完全重编程的细胞中存在体细胞的表观遗传记忆, 而DNA甲基化作为相对长期和稳定的表观遗传修饰, 是影响重编程效率和iPS细胞分化能力的重要因素之一。哺乳动物DNA甲基化是指胞嘧啶第五位碳原子上的甲基化修饰, 常发生于CpG位点。DNA甲基化能够调节体细胞特异基因和多能性基因的表达, 因此其在哺乳动物基因调控、胚胎发育和细胞重编程过程中发挥着重要作用。此外, 异常DNA甲基化可能导致iPS细胞基因印记的异常和X染色体的失活。文章重点围绕DNA甲基化的机制、分布特点、及其在体细胞诱导重编程中的作用进行了综述。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂调控干细胞分化与体细胞重编程的研究进展

表观遗传调控,如组蛋白乙酰化修饰,是决定干细胞分化方向的重要机制。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)通过影响不同亚类的组蛋白去乙酰化酶(HDAC)活性,提高组蛋白乙酰化水平,调控基因表达,从而影响胚胎干细胞自我更新,以及沿神经元、心肌和造血等细胞谱系的定向分化。HDACi类小分子化合物在体细胞重编程中也有广泛的应用,可替代致癌因子c-Myc和Klf4,促进体细胞克隆。研究显示,HDACi的效应与药物剂量、细胞类型和细胞分化状态密切相关。本文主要阐述了HDACi在干细胞分化和体细胞重编程中的应用进展,并对所涉及的分子通路进行讨论,有助于揭示干细胞定向分化的关键分子机制,优化干细胞定向分化诱导策略,对干细胞诱导分化具有重要的理论和实用价值。     

微核糖核酸簇miR-290-295促进体细胞重编程

目的：探究干细胞中表达丰度最高的微核糖核酸簇miR-290-295对体细胞重编程的影响。方法：使用逆转录病毒载体将miR-290-295簇在小鼠体细胞中过表达,研究其促进体细胞重编程为诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)以及此过程对细胞功能的影响。结果：miR-290-295簇的过表达在三因子(Sox2、Klf4、Oct4)诱导体系中能够显著提高小鼠体细胞重编程的效率;过表达miR-290-295簇能够促进重编程中多能性标记基因的上调与体细胞标记基因的下调,同时也会促进间质-上皮细胞转化(mesenchymal-epithelial transition, MET)标记基因的表达。结论：miR-290-295簇对小鼠体细胞重编程具有促进作用,这有助于深入理解干细胞多能性和重编程的RNA调节机制,为开发新型诱导体系提供了新视角。     

牛诱导多能干细胞的建立及应用研究进展

诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPSCs）是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为可以无限增殖更新并具有分化为三胚层多种细胞类型的一类干细胞系。目前对人与小鼠的iPSCs研究已经取得了很多重要成果,但其他动物,如牛等经济型有蹄类家畜iPSCs的研究始终没有突破性的进展。如何将外源转录因子通过重编程载体高效安全地导入体细胞中并持续表达是生产牛诱导多能干细胞（bovine induced pluripotent stem cells,biPSCs）的主要瓶颈。本文就biPSCs建立中重编程系统的选择、诱导因子的选择、小分子化合物的添加等方面进行综述,以期为进一步完善biPSCs及牛胚胎干细胞系的建立提供参考。     

microRNAs和体细胞重编程

体细胞重编程与microRNAs(miRNAs)均为近年来研究的热点问题。到目前为止,能成功诱导体细胞形成多能性干细胞的体细胞重编程方法有核移植(nuclear transfer,NT)和外源因子诱导形成多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSc)两种,这两种方法让人们看到了体细胞重编程在细胞治疗方面具有诱人的应用前景。miRNAs是真核生物中存在的一类长度为22nt左右起调控作用的内源性非编码RNA,它在转录后水平调节靶基因的表达,是细胞内基因表达的基本调控机制之一。近年的研究结果表明,miRNAs在干细胞干性维持和分化过程中具有重要的调节作用,从miRNAs角度研究体细胞重编程机理将对体细胞重编程的应用具有重要意义。     

诱导多能干细胞及其在神经退行性疾病研究中的应用

用干细胞转录因子OCT4、SOX2、c-MYC和KLF4进行体细胞重编程产生具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPS细胞)是干细胞研究领域的突破性进展。近年来,iPS细胞的研究从产生方法、重编程机理及实际应用方面不断取得进展。由于iPS细胞的产生可取自体细胞,因而克服了胚胎干细胞应用的伦理学和免疫排斥等缺陷,为iPS细胞的临床应用开辟了广阔的前景。该文将对iPS细胞的产生方法、重编程机理及其在神经性退行性疾病的研究与应用进行文献综述,反映近几年iPS细胞最新研究成果,并阐述了用病人iPS细胞模型探讨帕金森氏病、老年性痴呆症、脊髓侧索硬化症、脊髓肌肉萎缩症及舞蹈症等5种常见神经性退行性疾病发病机理的研究现状。     

细胞融合致体细胞重编程机制研究进展

已分化的体细胞能够通过重编程转化回多能干细胞,在细胞移植、疾病细胞模型的制备以及药物筛选等领域具有重要意义。通过干细胞和体细胞的细胞融合,可使体细胞重编程。细胞融合致体细胞重编程速度快、效率高,是一种研究重编程机制的重要手段。对细胞融合致体细胞重编程的机制作一综述。     

蛋白转导技术在IPSCs重编程中的应用

诱导多能干细胞(IPSCs)是通过强制表达多能因子重编程为多潜能的体细胞。这种细胞具有与胚胎干细胞(ESCs)相同的多潜能性,并被认为是有伦理争议的ESCs的替代细胞。然而,使用基因组整合逆转录病毒或慢病毒将细胞重编程成IPSCs的传统方法,通过遗传修饰来重编程IPSCs增加了恶性转化的可能性,并成为其在临床环境中应用的障碍。因此,需要一种替代方法在不使用基因编辑的情况下重编程细胞,并且是通过更安全的方式来传递转录因子以诱导靶细胞上的多能性。许多研究已经证明蛋白转导技术可以通过传递重编程蛋白从人成纤维细胞和小鼠胚胎成纤维细胞产生IPSCs。本文就蛋白转导技术在IPSCs重编程中的应用进展作一综述。     

提高细胞重编程效率和安全性的策略

细胞重编程是指分化的细胞在特定条件下经过去分化恢复到全能性或多能性状态,或者通过转分化将一种类型的体细胞转变成另外一种类型的细胞的过程。利用重编程技术获得的诱导型多能干细胞,谱系重编程技术获得的组织干细胞或组织细胞,具有患者特异性或者疾病特异性,可以显著减少免疫反应,同时也解决了临床细胞治疗的种子细胞来源问题,具有极大的临床应用价值。但是,另一方面,重编程效率低下和安全性问题却一直是其临床应用的瓶颈。近年来,人们围绕如何优化重编程方法进行了深入的研究,特别是对细胞重编程过程所涉及到的分子机制,包括表观遗传调控机制和上皮间质转化机制在这个过程中的作用有了更深入的认识。此外,采用非整合型载体和利用化学诱导方法替代转录因子的方式也提高了重编程的安全性。该文将就这一领域的研究进展作一综述。     

细胞抽提物诱导的体细胞重编程

体细胞重编程是指在特定条件下将已分化的体细胞去分化逆转回原始多能状态或转分化为其他类型细胞。目前诱导体细胞重编程的方法主要有：体细胞核移植、细胞融合、特定转录因子转染、细胞抽提物诱导等。近年来抽提物诱导体细胞重编程越来越受到研究者的关注。利用此法, 通过重编程不仅可以获得需要类型的细胞, 而且方便识别与重编程有关的细胞因子, 探求重编程的机制。文章简略概述诱导体细胞重编程的方法, 并重点阐述细胞抽提物诱导体细胞重编程的研究进展。     

定量分析诱导山羊体细胞重编程过程中端粒酶的表达变化

动物体细胞重编程为诱导多能干细胞(iPS)是目前干细胞生物学研究的热点。文中重点对山羊体细胞重编程过程中端粒酶(TERT)基因的相对表达量进行了检测,探讨了山羊重编程细胞的形成与端粒酶基因表达的关系。从关中奶山羊胎儿皮肤分离得到的胎儿成纤维细胞(GEF),其增殖能力较强,核型正常(60条XY),通过转录因子在体外诱导得到山羊重编程细胞。利用Real-timeRT-PCR方法首先对关中奶山羊胎儿各种组织的TERT表达进行了检测,结果表明睾丸组织中TERT的表达显著高于上皮组织(P0.01),在山羊胎儿的其他组织中TERT也有不同程度的表达。对原代重编程细胞和4株不完全重编程细胞株的TERT表达检测结果发现,碱性磷酸酶(AP)阳性的重编程细胞端粒酶表达量要显著高于AP阴性的重编程细胞(P0.01)。这一结果揭示,激活端粒酶活性并使其保持较高的表达水平对体细胞的重编程至关重要。     

诱导性多潜能干细胞(iPS cells)——现状及前景展望

主要从 iPS细胞发展历程、获得 iPS细胞的几个关键步骤 (如基因导入方式、诱导 iPS细胞所需因子组合与小分子化合物运用和体细胞种类选择等)、病人或疾病特异性 iPS细胞、iPS细胞体内外诱导分化与其衍生物的临床应用和制备无遗传修饰的(genetic modification-free) iPS细胞的可行性与前景等方面对 iPS细胞最新研究进展做评述．日本和美国研究小组先后用4种基因将小鼠(2006年8月)和人(2007年11～12月)的体细胞在体外重编程为诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells),此后在短短两年多时间内,iPS 细胞的研究和关注度呈爆炸式增长．体细胞重编程、去分化和多潜能干细胞来源等一系列热点问题再次成为干细胞和发育生物学等研究的热点和焦点．与胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES cells)一样,iPS细胞在体内可分化为3个胚层来源的所有细胞,进而参与形成机体所有组织和器官．迄今,在体外已由 iPS细胞定向诱导分化出功能性的多种成熟细胞．因此,iPS细胞研究不仅具有重要理论意义,而且在再生医学、组织工程和药物发现与评价等方面极具应用价值．     

细胞提取物介导的体细胞重编程

将完全分化的细胞重编程,不经胚胎阶段而直接逆转至多能干细胞状态,这从法律.道德,伦理等方面均被人们所接受,重新点燃了人们对体细胞重编程的热情,点燃了再生医学研究的新希望.现重点阐述细胞提取物介导的体细胞重编程的原理及其应用前景,并详细介绍体细胞重编程的最新方法:细胞核移植入卵母细胞:体细胞与胚胎干细胞或胚胎癌细胞融合;在体细胞中强制性过表达特定的转录因子;用卵细胞、胚胎干细胞或多能癌细胞的细胞提取物处理体细胞等.     

诱导多能干细胞研究进展

成熟的体细胞过表达转录激活因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc能够转化为具有多能性的干细胞,称为诱导多能干细胞。类似于胚胎干细胞,诱导多能性干细胞具有自我更新和多向分化潜能性两个主要特征。同胚胎干细胞相比,诱导多能干细胞不仅能够为以细胞替代治疗为核心的再生医学提供无限的细胞来源,而且有望解决胚胎干细胞临床开发面临的伦理道德及免疫排斥问题。从诱导多能干细胞技术的建立、重编程的机理及其在临床中的应用几方面作简要综述。     

诱导多能干细胞在医学方面的应用

2006年,首次报道在体外简单的转录因子就可以使体细胞重编程为多能性细胞。自从这项技术诞生以来,人们为改善诱导多能干细胞(iPSCs)技术做出了巨大努力,发展各种方法用于将重编程因子导入体细胞制备诱导多能干细胞(iPSCs)。诱导多能干细胞(iPSCs)技术彻底改变了人类对疾病发病机制的探索和药物开发的进程。本文简述了诱导多能干细胞的来源及诱导策略、近年来iPSCs在疾病建模、药物研发、再生医学等方面的应用,同时探讨了该技术当前存在的问题,并对未来进行了展望。     

核移植与诱导多能干细胞技术在体细胞重编程研究中的应用

体细胞重编程是指分化的体细胞在特定的条件下被逆转后恢复到多能性或全能性状态,或者形成多能干细胞系,或者形成早期胚胎然后发育成一个新的个体的过程。诱导体细胞重编程的方法有许多,如核移植（nuclear transfer,NT）、细胞融合、细胞培养和通过导入特定因子获得诱导多能干（induced pluripotent stem,iPS）细胞的方法等。其中核移植和iPS技术是到目前为止诱导体细胞为多能干细胞最为完全、最具有运用于临床再生医学潜能的方法。然而,它们的效率都很低,机制也不清楚,如何将两个方法结合在一起,提高重编程的效率,揭示重编程的机制,进而促进其在患者特异性治疗中的运用将是下阶段的努力方向。