利用胚胎干细胞分化的拟胚体研究小鼠早期胚胎发育过程

小鼠胚胎干细胞(ES细胞)具有分化的全能性已经得到广泛共识。ES细胞在体外分化所形成的拟胚体在结构上能够模仿早期胚胎发育过程,包括在内细胞团表面形成内胚层、柱状上皮细胞的分化,以及中央空腔的形成。本文介绍利用拟胚体研究小鼠早期胚胎发育过程中各个胚胎阶段的发育、细胞程序性死亡的发生及TGF-β信号在胚胎发育过程中的作用。     

Smad5双等位基因剔除ES细胞的建立及其初步研究

Smad5是TGF-信号的细胞质内信号转导分子. Smad5的定位剔除导致小鼠胚胎期死亡. 为了进一步研究Smad5在组织器官发育中的功能, 利用同源重组技术获得了Smad5双等位基因剔除的胚胎干(ES)细胞. 首先利用Cre-LoxP系统删除了Smad5中靶ES细胞的抗性基因, 再用相同的打靶载体进行转染, 经Southern杂交筛选获得了Smad5双等位基因剔除的ES细胞. 嵌合体研究的结果表明, Smad5在心脏和神经管的正常发育中可能起重要的作用. Smad5双等位基因剔除ES细胞在裸鼠皮下可以形成畸胎瘤, 并可分化成包括神经细胞、肌肉细胞、软骨细胞、内皮细胞等在内的多种细胞, 因而Smad5双等位基因剔除的ES细胞可用于研究Smad5介导的TGF-信号在多种组织器官发育和ES细胞体外定向分化中的作用.     

小鼠胚胎干细胞分化形成拟胚体过程中的细胞程序性死亡

为了检测小鼠胚胎干细胞 (embryonicstemcell ,ES细胞 )体外分化的拟胚体 (embryoidbodies ,EBs)形成过程中细胞程序性死亡 (programmedcelldeath ,PCD)的发生 ,通过悬滴、悬浮培养技术定向诱导未分化的ES细胞分化为拟胚体 ,并用RT PCR检测原始内胚层、原始外胚层、中胚层、内脏内胚层 4种分子标记物在EBs中的表达 .通过TUNEL染色、电镜、激光共聚焦显微镜及Western印迹以确定凋亡发生 .结果表明 :ES细胞体外分化为拟胚体并且表达各胚层相应的分子标记物 ;在拟胚体的发育过程中出现明显的空腔化过程 ,TUNEL染色及电镜观察到凋亡生成 ,同时线粒体膜电位 (ΔΨm)在拟胚体发育过程中降低 ,通过Western印迹检测到caspase3、caspase8的激活 .表明小鼠ES细胞所分化的拟胚体可以作为研究早期胚胎发育的实验模型 ,线粒体在拟胚体的细胞程序性死亡过程中发挥重要的作用 .为进一步利用拟胚体研究细胞程序性死亡及相关信号分子在小鼠胚胎发育早期的作用奠定了基础     

改进的培养体系在小鼠体细胞核移植及重构胚ES细胞分离培养中的应用

取8周后的雌性昆明小鼠进行超排,取卵母细胞用作核受体,收集卵母细胞周围的卵丘细胞作核供体,进行体细胞核移植。核移植重构胚经SrCl2激活处理6h后,与改良的M16培养液和小鼠输卵管上皮细胞共培养;将发育到早期囊胚阶段的重构胚转移至小鼠胎儿成纤维细胞饲养层上,添加含心肌细胞培养液的ES细胞培养液;把孵出的ICM进行消化接种培养,对孵出的ES细胞集落进行鉴定培养。结果显示,以小鼠卵丘细胞为核供体,体细胞核移植重构胚激活率为65．23％,囊胚发育率为11．69％;9个核移植重构囊胚中分离出ES细胞集落,分离率为2．77％;分离出的核移植ES细胞集落具有岛屿状团状隆起结构、碱性磷酸酶染色呈阳性,体外分化可形成类胚体,并能分化成上皮样或梭形细胞。ES细胞集落经常规冻存和复苏后,显示出同冻存前相似的集落形态,并具有较强的增殖能力。实验证实小鼠输卵管上皮细胞、改良的M16培养液及含心肌细胞培养液的ES细胞培养液可以更为成功地运用于小鼠的体细胞核移植及ES细胞的分离培养研究。     

小鼠胚胎干细胞来源的HPP-CFC体外和体内造血活性分析

小鼠的造血系统起源于胚胎发育7d的卵黄囊胚外中胚层,研究表明胚胎干细胞（Embryonic stem cells, ES cells）体外分化模型能够模拟卵黄囊造血的发生过程;此外,诱导ES细胞体外定向造血细胞分化对于建立治疗性克隆以治愈多种血液病具有重要的研究和应用价值。高增殖潜能集落形成细胞（High proliferative potential colonyforming cells, HPPCFC）是体外培养的最原始的多潜能造血前体细胞之一。本研究发现：小鼠ES细胞在体外分化5～14d形成的拟胚体中含有HPP-CFC。其再生潜能与胚胎期9d的卵黄囊来源的HPP-CFC相似,与骨髓来源则不同。RT-PCR分析表明：ES细胞来源的HPP-CFC表达与造血干细胞增殖相关的特异性转录因子和多种造血生长因子受体。但分化12d的拟胚体细胞和HPP-CFC集落细胞移植受致死剂量照射的小鼠不能产生典型的脾结节。因此,ES细胞来源的HPP-CFC在体外和体内造血活性的差异值得更深入地研究。     

胚胎干细胞向造血细胞分化研究

胚胎干（embryonic stem,ES）细胞是来源于囊胚的内细胞团（inner cell mass,ICM）,具有发育的全能性或多能性,能嵌合到早期胚胎,在体内可以参与各种组织发育甚至包括生殖细胞;在体外分化培养条件下,可以顺序分化出各种组织细胞,与体内完整胚胎发育过程相符合,而且可以通过调节ES细胞某些基因的表达而调节其分化。因此,ES细胞是研究哺乳动物早期胚胎发育、细胞分化及其关键基因鉴定的理想模型。另外,胚胎生殖脊（embryonic germ,EG）细胞系也具有同样的生物学特性,它是由早期胚胎的原始生殖脊（primordial germ,PG）细胞建株而来。最近研究显示：ES细胞在体外不但可以分化为所有造血细胞系,而且还可以分化为具有长期增殖能力的造血干细胞。作者就胚胎干细胞向造血细胞和造血干细胞分化及其诱导因子和调控基因的表达作一综述。     

胚胎性干细胞定向诱导分化——新崛起的细胞T程

胚胎性干细胞(ES细胞)是一类稳定地在体外自我增殖、具有发育全能性和产生属于三个胚层范畴分化细胞、甚至参与体内个体完整发育的早期胚胎细胞。包括人类在内的各种哺乳类ES细胞分离建系成功,结合体外基因操作和细胞分化诱导条件选择等综合途径,有可能控制ES细胞导向产生单一类型的功能性分化细胞。这种全能ES细胞生物学技术已成为一项新崛起的细胞工程。在新世纪10-15年内将对分子细胞生物学、发育生物学和人体胚胎学等基础科学以及人类健康相关的细胞治疗和组织工程有着重大影响和推动作用。     

动物胚胎干细胞诱导分化的研究进展

胚胎干细胞 (ES细胞 )是从动物早期胚胎的内细胞团或原始生殖细胞分离出来的具有发育全能性的一种未分化的无限增殖细胞系 ,ES细胞能体外诱导分化为神经细胞、肌肉细胞、成纤维细胞等各种细胞。综述了动物的ES细胞的分化诱导机理及目前体外诱导分化的研究现状     

维生素A酸受体γ基因表达及其对ES细胞分化和凋亡的影响

本文以小鼠胚胎干细胞ES-5细胞为实验模型,研究了RARγ基因表达对RA诱导ES细胞分化的影响。通过把构建质粒pSG5-RARγ-neo转染ES-5细胞,获得了过度表达RARγ基因的ES-γ细胞系。ES-γ细胞保持了ES细胞的干细胞特点。体内分化潜能的研究表明,ES-γ细胞仍然保持分化多潜能性的特点,能分化形成各种组织结构,但与ES-5细胞相比,观察不到软骨组织,而肌肉组织和鳞状上皮细胞构成的角质化囊状结构较丰富。体外诱导分化研究表明,ES-γ细胞分化方向受到干扰,向成纤维样细胞分化。这些结果表明RARγ基因参与了RA诱导ES细胞分化的过程,而且RARγ基因的表达变化影响了RA诱导ES细胞分化的细胞类型。在研究中还发现,ES细胞在RA诱导分化过程中,同时还发生了细胞凋亡现象。细胞凋亡的发生与RA浓度相关,而RARγ基因的过度表达使细胞凋亡明显加剧。这些结果表明RARγ基因可能也参与了RA诱导ES细胞凋亡的过程。     

从胚胎干细胞到视网膜

视网膜退行性病变影响着全世界数百万人。然而,视网膜是人体再生能力很差的一类组织,成年机体无法自我更新那些病变中丢失的视网膜细胞,导致视网膜退行性病变的不可逆性。因此,恢复患者视觉将依赖于引入外源细胞替代丢失的视网膜神经元。胚胎干细胞（ES细胞）具有无限的自我更新能力和形成机体所有类型细胞的巨大分化潜力。这两个特性使得ES细胞成为细胞替代疗法的理想供体细胞。近年来,人们在探索将ES和诱导多能干细胞（iPS细胞）体外定向诱导分化为视网膜神经元,甚至整个视网膜方面已取得多项进展,并且体外形成的视网膜细胞可以与宿主视网膜整合。在此篇综述中,首先简要概括哺乳动物视网膜的组织结构、发育过程和调控机制,然后,重点阐述近年来科研工作者探索ES/iPS细胞体外诱导分化为视网膜细胞和组织的研究进展。     

对小鼠ES细胞进行特异性的标记

虽然ES细胞技术的应用十分广泛,对ES细胞多能性本质的研究还不是很深入,体外培养的ES细胞群体的不均一性加大了这方面研究的难度,报道了对ES细胞中特异表达的基因,将报告基因βgeo插入oct-基因转录元件中构建了标记载体pG18NG,转染ES细胞MESPU22和MESPU13后获得了稳定整合的细胞克隆,经体外培养、诱导分化、嵌入体制作等实验,证明利用该载体对ES细胞中的未分化细胞成功进行了标记,该标记在体内、体外都是有效的。     

建立对未分化细胞特异性标记的小鼠胚胎干细胞系

构建pRex-1-EGFP表达载体,电穿孔转染小鼠ES细胞,用增强绿色荧光蛋白对起源于3．5d胚泡内细胞团的小鼠胚胎干细胞进行特异性标记,用荧光显微观察EGFP的表达以及RT-PCR方法检测Rex-1基因在未分化和分化中ES细胞中的表达情况。结果显示,EGFP基因成功转入小鼠ES细胞,并在未分化的ES细胞中高效表达;细胞开始分化后,EGFP的表达开始下降。由Rex-1基因启动子控制下的EGFP稳定表达的小鼠ES细胞系,对哺乳动物早期发育过程的研究以及对筛选能够调节上述过程的小分子化合物具有重要意义。     

胚胎干细胞向造血干/祖细胞定向诱导分化的研究进展

胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)是指由胚胎内细胞团(inner cell mass,ICM)细胞经体外抑制培养而筛选得到的细胞,具有无限增殖潜能,在体外可以向造血细胞分化,有可能为造血干细胞移植和血细胞输注开辟新的来源．此外,ES细胞向造血干/祖细胞的定向诱导分化也为阐明哺乳动物造血发育的细胞和分子机制提供了良好的体外模型．对ES细胞向造血干/祖细胞定向分化的研究进展进行了综述．     

胚胎干细胞体外分化心肌细胞的研究

胚胎干细胞是从动物胚胎内细胞团分离的具有全能性的细胞.研究证明分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成心肌细胞,这一发现为小鼠胚胎干细胞向各种特化心脏细胞(动脉样细胞、血管样细胞、窦样细胞、心室样细胞、蒲肯野氏样细胞)分化提供了依据,使基因功能的研究在体外成为可能.1998年末人类ES细胞的成功培养奠定了心脏细胞的再生性治疗的战略基础.主要综述了目前ES细胞体外分化心肌细胞的进程,讨论了此进程对心脏基因研究的促进作用.     

小鼠胚胎干细胞分化为血管内皮细胞的永生化研究

本文探讨了小鼠胚胎干细胞(ES细胞)诱导分化的血管内皮细胞永生化。在体外培养系统中,以维甲酸(RA)和转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导小鼠胚胎干细胞(ES细胞)的拟胚体(EB)分化为“圆形细胞”和由这些“圆形细胞”组成的血管样结构。经光学和扫描电镜及免疫荧光等法分析检测,证明组成血管样结构的细胞具有专一性vWF荧光染色,表明是血管内皮样细胞。利用脂质体将人端粒酶催化亚基逆转录酶(hTERT)基因转染诱导分化中的“圆形细胞”。应用Dot-blot,RT-PCR,Western blot及免疫组织化学等方法分析、观察和证明了诱导分化的组成血管样结构的园形细胞和被hTERT基因转染的“圆形”细胞的形态和生物学特性。结果表明,携带hTERT基因的从ES细胞分化来的圆形细胞在体外可大量增殖,持续传代,95%具有血管内皮细胞的一些特有标志和管道化生长特性。因此,通过人端粒酶基因的转染途径可解决由ES细胞诱导分化而来的内皮细胞扩增和永生化问题,为构建组织工程化血管及其它人工血管的内皮化提供种子细胞来源打下基础。     

体细胞来源及培养代数对核移植重构胚发育的影响

为探讨体细胞来源及培养代数对核移植重构胚发育的影响,实验采用电融合法将小鼠2—细胞胚胎卵裂球、胚胎干细胞(ES)、胎儿成纤维细胞、耳成纤维细胞、尾尖成纤维细胞、睾丸支持细胞和精原细胞以及不同培养代次的胎儿成纤维细胞进行了核移植。结果显示：2—细胞胚胎卵裂球供核重构胚发育最好,囊胚率为7．4％;ES细胞重构胚虽然发育率低,但仍有囊胚出现,比例为0．7％;胎儿成纤维细胞重构胚最高发育阶段为桑椹胚,比例为0．2％;精原细胞重构胚只能发育到8-细胞阶段,比例为0．3％;其他几类细胞重构胚则仅能发育至4-细胞阶段。不同培养代数的胎儿成纤维细胞重构胚除第3代外都可发育到8-细胞阶段,且发育率差异不显著,但第一代细胞重构胚2-细胞发育率(40．7％)显著低于2、3和4代细胞重构胚。结果表明：不同分化程度的细胞核移植后,重新编程的难易程度是不一样的,分化程度越高则重新编程越难;未调整细胞周期的ES细胞由于多数处于S期,所以重构胚发育率很低;体外培养传代有利于体细胞核移植后重新编程。     

不同培养体系对绵羊类胚胎干细胞分离、传代的影响

以小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)为饲养层, 研究了用Knockout血清替代品(Knockout serum replacement, KSR)代替胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ES cell)培养液中的胎牛血清(FBS)和向含KSR的基础培养液中添加40%的小鼠ES细胞条件培养液(ES cell conditioned medium, ESCCM)对绵羊类ES细胞分离、克隆效率的影响。发现使用含FBS的基础培养液最多可以把绵羊类ES细胞传至3代, 而使用KSR和添加ESCCM能促进绵羊类ES细胞的分离和克隆, 所获得的类ES细胞分别可稳定传至第5和8代。同时对类ES细胞进行核型分析、AKP染色及体外分化能力检测, 证实所分离的类ES细胞符合ES细胞的主要特征。由此认为, 与FBS相比KSR更加适于绵羊类ES细胞的分离与培养; 而小鼠ES细胞在生长过程中可能分泌某些重要的细胞因子, 从而达到促进绵羊ES细胞增值的作用。     

小鼠胚胎干细胞分化为血管内皮细胞的永生化研究

本文探讨了小鼠胚胎干细胞（ES细胞）、诱导分化的血管内皮细胞永生化。在体外培养系统中,以维甲酸（RA）和转化生长因子－β1（TGF－β1）诱导小鼠胚胎干细胞（ES细胞）的拟胚体（EB）分化为“圆形细胞”和由这些“圆形细胞”组成的血管样结构。经光学和扫描电镜及免疫荧光等法分析检测,证明组成血管样结构的细胞具有专一性vWF荧光染色,表明是血管内皮样细胞。利用脂质体将人端粒酶催化亚基逆转录酶（hTERT)基因转染诱导分化中的“圆形细胞”。应用Dot-blot,RT－PCR,Western blot及免疫组织化学等方法分析、观察和证明了诱导分化的组成血管样结构的园形细胞和被hTERT基因转染的“圆形”细胞的形态和生物学特性。结果表明,携带hTERT基因的从ES细胞分化来的圆形细胞在体外可大量增殖,持续传代,95％具有血管内皮细胞的一些特有标志和管道化生长特征。因此,通过人端粒酶基因的转染途径可解决由ES细胞诱导分化而来的内皮细胞扩增和永生化问题,为构建组织工程化血管及其它人工血管的内皮化提供种子细胞来源打下基础。     

小鼠胚胎干细胞体外分化形成新生血管的实验研究

目的探讨小鼠胚胎干细胞(ES)在体外向内皮细胞(ECs)分化并形成新生血管的条件及特点。方法分别建立二维和三维小鼠ES细胞分化体系,对分化细胞行血小板内皮细胞粘附分子(PECAM-1)免疫荧光染色和DiI-乙酰化低密度脂蛋白(DiI-Ac-LDL)标记,观察ECs分化及血管形成特点。结果在二维分化体系,ES细胞在无外源性生长因子存在的条件下可自发向ECs分化,ECs主要定位在分化细胞密集处,分化表现为:ECs呈集落样生长,不形成网状结构;ECs互相连接形成网状结构,PECAM-1免疫荧光染色证实为ECs网。在三维的悬浮拟胚体培养体系,ECs的分化不依赖于外源性生长因子,分化表现为条索状结构、管腔样结构及排列紊乱的细胞团三种形式。对该拟胚体的冷冻切片进行的三维图像重构显示,拟胚体中有大量的血管网形成。在三维的Ⅰ型胶原培养体系中,ES形成的拟胚体表现为出芽式血管新生,这一过程依赖于外源性生长因子混合物。结论在二维和三维ES细胞分化体系中,ECs分化及新生血管形成过程与体内相似,表现为血管生成和血管新生两种形式,因此可作为研究血管发育机制的理想模型。     

MDMPR:小鼠发育代谢表型库

小鼠发育代谢表型库(Mouse Developmental and Metabolic Phenotype Repository,MDMPR)是一个致力于小鼠资源和表型数据实时共享的开放性平台,它依托于科技部重点研发计划“发育编程及其代谢调节”专项项目“建立小鼠发育代谢表型库”。该项目预计在5年内完成500个发育代谢相关小鼠敲除模型的建立,并对其表型数据进行标准化的解析、建立表型数据库。MDMPR作为一个资源及数据集成的库,由多个子系统作为支撑,包括ES细胞数据库、项目管理系统、繁育管理系统、精子库管理系统、表型分析系统,信息化管理深入到项目中每个环节,从基因突变ES细胞制备、基因突变小鼠制备、小鼠繁育,精子冻存到最终的表型分析、数据处理及展示,保证了MDMPR产生数据的真实性及实时性。MDMPR除了不断地推进项目进行,增加自身产生的数据外,也在积极的整合其他的资源及数据,如人特异性基因敲除ES细胞库、蛋白相互作用数据库(STRING)、核心转录调节环路(dbCoRc)和Enhancer-Indel数据库,今后还将进一步整合,帮助发育代谢及其他领域的研究人员能够一站式的获取所需资源和数据、加快研究进程,最终服务于全人类的医疗事业。