Progress in studies on the induction and differentiation of embryonic stem cells

Embryonic stem cells (ESCs), which are isolated from the inner cell mass of the blastocyst stage embryo, have the potential to give rise to an entire organism and to generate every body cell type. Much improvement has been made in the field of induction and differentiation of ESCs during the last two years, such as the ESCs differentiation into germ cells (2003) and the cloning of human ESCs (2004), both of which were chosen respectively as one of the top ten achievements evaluated by academic journals. Great attention was also paid to the research of the new genes which could maintain ESCs in the undifferentiated state and the research of the induction and differentiation of ESCs.     

敲降同源异形框D12抑制7因子介导的体细胞重编程

分化的体细胞可通过体外过表达多能性相关的转录因子重编程为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)。体细胞重编程的过程需要细胞内各个转录因子相互作用,协同调控细胞命运的转变。同源异形框D12(homeobox D12,Hoxd12)是调控脊椎动物胚胎发育的关键转录因子之一,对足趾发育、体轴形成和细胞内信号转导具有重要作用。但Hoxd12关于体细胞重编程和胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)方面的研究未见报道。本研究首先以7因子(Sall4-Esrrb-Jdp2-Glis1-Mkk6-Nanog-Kdm2b,7 factors)和Yamanka因子(Oct4-Klf4-Sox2,Yamanaka factors)诱导的重编程体系为模型,并结合RNA敲降(shRNA)和基因过表达技术,研究Hoxd12在体细胞重编程中的功能;其次利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Hoxd12基因敲除的胚胎干细胞系,同时结合体外拟胚体形成(EB)和转录物组测序技术(RNA-seq),探索Hoxd12在ESCs多能性维持和退出中的功能。本研究得出以下结论:(1)敲降Hoxd12的表达抑制7因子诱导的重编程(^**P<0.01),但对Yamanaka因子诱导的重编程无显著作用。(2)在7因子和Yamanaka因子诱导多能性的不同时期过表达Hoxd12对重编程无显著作用,且Hoxd12无法替代7因子当中的任何1个因子。(3)Hoxd12基因的敲除对ESCs多能性的维持无显著影响。(4)Hoxd12基因的敲除对ESCs在EB球形成中的谱系决定无显著影响。(5)Hoxd12基因的敲除抑制ESCs的增殖(Day_3t = 12.91, Day_4t = 4.87, Day_5t = 5.98)。本研究初步揭示了Hoxd12在体细胞重编程和ESCs增殖中具有重要作用,为进一步深入理解Hoxd12调控细胞命运转变提供新的参考。     

敲降同源异形框D12抑制7因子介导的体细胞重编程

分化的体细胞可通过体外过表达多能性相关的转录因子重编程为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)。体细胞重编程的过程需要细胞内各个转录因子相互作用,协同调控细胞命运的转变。同源异形框D12(homeobox D12,Hoxd12)是调控脊椎动物胚胎发育的关键转录因子之一,对足趾发育、体轴形成和细胞内信号转导具有重要作用。但Hoxd12关于体细胞重编程和胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)方面的研究未见报道。本研究首先以7因子(Sall4-Esrrb-Jdp2-Glis1-Mkk6-Nanog-Kdm2b,7 factors)和Yamanka因子(Oct4-Klf4-Sox2,Yamanaka factors)诱导的重编程体系为模型,并结合RNA敲降(shRNA)和基因过表达技术,研究Hoxd12在体细胞重编程中的功能;其次利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Hoxd12基因敲除的胚胎干细胞系,同时结合体外拟胚体形成(EB)和转录物组测序技术(RNA-seq),探索Hoxd12在ESCs多能性维持和退出中的功能。本研究得出以下结论:(1)敲降Hoxd12的表达抑制7因子诱导的重编程(^**P<0.01),但对Yamanaka因子诱导的重编程无显著作用。(2)在7因子和Yamanaka因子诱导多能性的不同时期过表达Hoxd12对重编程无显著作用,且Hoxd12无法替代7因子当中的任何1个因子。(3)Hoxd12基因的敲除对ESCs多能性的维持无显著影响。(4)Hoxd12基因的敲除对ESCs在EB球形成中的谱系决定无显著影响。(5)Hoxd12基因的敲除抑制ESCs的增殖(Day_3t = 12.91, Day_4t = 4.87, Day_5t = 5.98)。本研究初步揭示了Hoxd12在体细胞重编程和ESCs增殖中具有重要作用,为进一步深入理解Hoxd12调控细胞命运转变提供新的参考。     

山羊胚胎干细胞的分离与培养

对关中奶山羊配种后6～7天的桑椹胚和囊胚,分别采用全胚培养法、酶消化法和免疫外科法进行处理.将处理后的胚胎培养于小鼠胎儿成纤维细胞(MEF)饲养层上,分离培养山羊胚胎干细胞(Embryonic stem cell,ESC).对分离传代的山羊ESCs分别进行免疫组化染色,RT-PCR检测和体外诱导分化试验.结果表明.全胚培养法易于胚胎贴壁形成原代集落,采用全胚培养法获得的ESCs有一株目前已传至18代.山羊ESCs Nanong、Oct4、SSEA-3免疫组化染色呈阳性,SSEA-1免疫组化染色呈弱阳性,SSEA-4免疫组化染色呈阴性,RT-PCR检测显示其表达Nanog、Oct4、端粒酶、CD117.山羊ESCs经DMSO体外诱导可以向心肌细胞分化.这些试验均表明该细胞具有ESCs的生物学特性.     

食蟹猴胚胎干细胞向间充质前体细胞诱导分化及鉴定

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)可以诱导分化成脂肪、软骨、骨骼和骨骼肌细胞,并可作为骨骼、软骨或肌肉移植中的再生干细胞,广泛应用于细胞治疗和组织工程。胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)具有体外培养无限增殖和多向分化的特性,能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。该研究通过无血清条件下诱导食蟹猴ESCs形成类胚体(embryoid bodies,EBs),然后在血清条件下贴壁分化EBs成间充质前体细胞(mesenchymal precursor cells,MPCs),再经过长期体外培养,纯化和扩增MPCs。结果显示,纯化后的MPCs具有MSCs生物学特征,并能在体外诱导分化成脂肪细胞和骨细胞。将这些细胞皮下注射给SCID小鼠,并未发现形成肿瘤,提示食蟹猴ESCs来源的MPCs具有一定的安全性。     

血管紧张素Ⅱ在胚胎干细胞向心肌细胞分化中的作用

为检测血管紧张素Ⅱ（angiotensin Ⅱ,AⅡ）对小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）向心肌细胞方向分化的作用,采用10-4 mol/L维生素C诱导小鼠R1胚胎干细胞分化为心肌细胞. Western印记检测胚胎干细胞诱导分化的心肌细胞中表达血管紧张素Ⅱ1 型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor,AT1R).诱导分化期间用1 μmol/L AⅡ刺激胚胎干细胞,计数搏动拟胚体的比例;诱导分化第14 d用real-time RT-PCR 和Western 印记检测心肌标志物的表达确定其作用. 结果显示,与对照组相比,1 μmol/L AⅡ处理组可显著增加搏动拟胚体的比例,上调心肌标志物mRNA的表达. 预先用1 μmol/L洛沙坦处理1 h后可显著阻碍这种上调作用. 本实验结果表明,AⅡ通过AT1R可促进小鼠R1胚胎干细胞向心肌细胞分化.     

诱导胚胎干细胞向神经细胞分化方法的研究与探讨

胚胎干细胞(ES细胞)是一种能够在体外进行不断自我更新,并具有多种分化潜能的细胞。胚胎干细胞向神经细胞诱导分化的研究进展迅速,相关实验技术和理论也不断发展。总结了近年来各国研究者诱导小鼠和人胚胎干细胞向神经细胞分化的方法,分析了一些方法的原理并初步探讨其相关的分子机制,并提出一些可行性新方法。胚胎干细胞向神经细胞诱导分化因其体外的可操作性、来源的广泛性及质量可控性将有可能成为临床上治疗神经系统疾病的有效方法。     

胚胎干细胞分化为血管内皮细胞的分子调控机制

胚胎干细胞在不同的诱导条件下具有多向分化的潜能,多种胞内外信号途径参与其分化过程的调控。现就胚胎干细胞向血管内皮细胞分化的诱导条件及分子机制做一综述,并阐明不同阶段的内皮前体细胞所表达的不同分子标志,同时提出胚胎干细胞在再生医学中的应用前景。     

胚胎干细胞向血液干细胞定向分化的研究进展

骨髓移植是目前治疗恶性白血病以及遗传性血液病最有效的方法之一。但是HLA相匹配的骨髓捐献者严重短缺,骨髓造血干细胞（hematopoietic stem cells,HSCs）体外培养困难,在体外修复患者骨髓造血干细胞技术不成熟,这些都大大限制了骨髓移植在临床上的应用。多能性胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）具有自我更新能力,在合适的培养条件下分化形成各种血系细胞,是造血干细胞的另一来源。在过去的二十多年里,血发生的研究是干细胞生物学中最为活跃的领域之一。小鼠及人的胚胎干细胞方面的研究最近取得了重大进展。这篇综述总结了近年来从胚胎干细胞获得造血干细胞的成就,以及在安全和技术上的障碍。胚胎干细胞诱导生成可移植性血干细胞的研究能够使我们更好地了解正常和异常造血发生的机制,同时也为造血干细胞的临床应用提供理论和实验依据。     

胚胎干细胞分化为肝细胞的研究进展

目前 ,细胞移植作为终末期肝病的辅助治疗方法 ,移植的细胞必须满足在受体肝脏中存活、增殖并可分化为成熟肝细胞两个重要条件 ,但目前应用的肝细胞来源有限 ,其功能随着培养时间的延长而逐渐下降等问题限制了这一治疗策略的广泛开展。作为具有发育全能性和无限增殖能力的细胞 ,胚胎干细胞向肝细胞的分化研究近年来引起了广泛的关注 ,并取得了较大的进展 ,寻找合适、高效的分化诱导方法是目前研究的热点之一。胚胎干细胞向肝细胞的分化研究既可以为临床细胞替代治疗提供合适的细胞来源 ,也可以在药物评估和肝脏发育分化基础研究方面起到重要的作用。通过概括肝脏和拟胚体分化发育的分子机制 ,对体外胚胎干细胞向肝细胞分化的几种诱导体系作了介绍 ,并对分化肝细胞的应用前景和存在的问题进行了讨论。     

维持胚胎干细胞多能性的分子机制

胚胎干细胞（ES细胞）来源于早期发育的胚胎,具有分化为任何细胞类型的多能性,因此具有巨大的基础研究及潜在的应用前景.目前认为ES细胞主要通过一些外源性信号分子的作用及某些重要的内源性转录因子的表达共同起作用来达到其维持多能性的目的.外源性信号分子LIF、BMP4以及Wnt等介导的信号传导通路与内源性转录因子Oct4、Nanog、Sox2、FoxD3等共同起作用来抑制那些促进ES细胞分化的基因表达和激活那些有助于维持ES细胞多能性维持的基因表达,进而形成一个相互调控和依存的基因调控网络共同维持ES细胞的多能性.     

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。     

敲除Pofut1不影响胚胎干细胞向神经元分化

蛋白O-连接岩藻糖基转移酶1 (Pofut1)基因缺失可导致Notch分子无法与配体结合并启动信号传递. 为研究Pofut1基因对哺乳动物胚胎干细胞（ESC）向神经分化的影响,利用Pofut1基因敲除的胚胎干细胞与野生型胚胎干细胞,经体外培养诱导拟胚体（EB）分化为神经细胞,计数分化为神经细胞的比例,采用细胞免疫组化染色和real-time PCR等方法,分析神经细胞特异性标志分子的表达. 结果显示,Pofut1基因缺失后,对EBC生长没有明显影响,分化过程中形成的拟胚体数量明显增多,分化的神经样细胞以及神经标志物分子的表达也明显多于对照组;Notch信号缺失对小鼠胚胎干细胞生长无明显影响,但可以促进ES细胞向神经细胞分化.