利用多能干细胞技术研究和治疗衰老相关疾病

人类衰老是复杂的生物学过程,主要表现为组织、器官的功能性衰退以及衰老相关疾病风险的增加。多能性干细胞(PSC)是指具有多向分化潜能的细胞,主要包括胚胎干细胞(ESC)和诱导多能干细胞(iPSC)。多能干细胞技术的飞速发展和广泛应用为衰老及老年性疾病的科学研究和药物筛选提供了重要的平台。同时,日新月异的基因靶向编辑技术为衰老及相关疾病的干预及治疗提供了可行性。基于人类干细胞和基因编辑技术的衰老基础研究及应用具有重要的科学意义和社会价值。     

研究揭示线粒体基因缺陷改造新策略

<正>最近,一项研究称,线粒体mtDNA突变可以通过遗传获得的方式来纠正,正常代谢功能可以通过多能干细胞来恢复。利用线粒体DNA突变患者皮肤中的成纤维细胞,通过细胞因子介导的重编程(iPS细胞)和体细胞核转移(SCNT)这两种方法,科学家可以获得相关的多能干细胞,最后可以恢复这些细胞线粒体的正常代谢功能。这种针对携带线粒体突变细胞,得到多能干细胞或者诱导多能干细胞的方法,有望用于针对下一代的基因改造,使得女性患者的后代免遭这种线粒体突变带来的疾病的困扰。     

干细胞向甲状腺滤泡细胞的分化研究

我国目前有超过2亿的甲状腺疾病患者,其中一部分患者经历外科或者放射治疗后可引起甲减,只能通过终身服用合成甲状腺激素进行替代治疗。随着多能干细胞分化研究的深入,已有多种方法将多能干细胞诱导分化为甲状腺滤泡细胞,利用多能干细胞产生甲状腺滤泡细胞,为临床移植治疗甲状腺功能减退症提供新的思路。本文总结近年来诱导多能干细胞分化为甲状腺滤泡细胞的研究进展,并在此基础上对分化细胞的鉴定、安全性及临床应用面临的问题等进行讨论。     

分化细胞经特定因子诱导重编程为多能干细胞

胚胎干细胞在再生医学领域有着十分诱人的应用前景。但是现有胚胎干细胞建系技术不能避开对卵细胞的操作, 成为ES细胞临床应用的障碍。通过反转录病毒载体系统, 在小鼠和人类高度分化细胞中表达干细胞因子Oct4, Sox2, Klf4和/或c-Myc等基因, 再经过干细胞标志因子Nanog或Oct4筛选, 可以获得与ES细胞特性十分近似的诱导多能干细胞系。这种不依赖于卵细胞的多能干细胞建系方法无疑是干细胞实验技术的重大进展, 也是对现有重编程理论假设的突破。综述了诱导多能干细胞系建系实验结果, 并对诱导重编程的机制和诱导多能干细胞系的临床应用前景进行了讨论。     

多能干细胞向角膜上皮分化的研究进展

许多患者因眼表疾病而遭受视力损害,角膜或角膜缘干细胞移植是这类患者重建光明的希望,但由于供体材料短缺,限制了其临床应用,使很多患者无法得到有效的治疗。随着多能干细胞分化研究的深入,已有多种方法将多能干细胞诱导分化为角膜上皮样细胞,利用多能干细胞产生角膜上皮组织供临床移植成为解决这一问题的思路之一。本文总结近年来诱导多能干细胞分化为角膜上皮样细胞的研究进展,并在此基础上对分化细胞的纯化鉴定、安全性和临床应用所面临的问题等进行讨论。     

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。     

猪多能干细胞的研究进展

多能干细胞,如胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）、诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPSCs）和成体干细胞（adultstemcells,ASCs）,是一类具有巨大潜能的独特细胞。猪作为试验材料,在遗传、代谢、生理生化及基因序列等方面较小鼠更接近于人类,正逐渐成为人类异种移植和再生医学研究的理想生物学模型。然而,目前对猪多能干细胞种类、来源、特征及机制的有限认识直接阻碍了其相关应用。该文将分别对猪ASCs的研究现状、猪类ESCs的分离培养、猪iPSCs的研究进展、多能干细胞间的联系和展望进行论述,以期为从事该领域研究的科研人员提供参考。     

胰岛类器官研究进展

类器官是将具有多向分化潜能的干细胞或组织细胞在特定环境下培养分化成为能够模拟原生器官结构和功能的三维结构.类器官在各种疾病模型研究及药物筛选中发挥至关重要的作用.近年来,通过体外诱导胰腺组织或多能干细胞分化形成具有胰岛细胞功能的胰岛类器官研究成为热点,为胰岛相关疾病模型、药物研究以及糖尿病的治疗提供了新的手段.本文针对...     

编者按

正随着我国老龄化的加剧,心血管疾病的发病率逐年攀升,心血管疾病已占据我国居民疾病死亡原因的首位。近年来,饮食不健康、生活不规律、缺乏运动和心理压力大等导致心血管疾病的发病呈现持续上升和年轻化现象。心血管疾病因发病率和死亡率高、治愈率低,严重危害我国国民健康和公共卫生安全。干细胞及相关技术(如基因编辑技术、类器官和单细胞测序技术)的快速发展,为人类心血管疾病研究和治疗带来了新的希望和推动力。人体干细胞包括多能干细胞和成体干细胞等。其中,人多能干细胞,如胚胎干细胞和诱导多能干细胞,可在体外培养过程中维持无限自我更新能力,可定向诱导分化为人体几乎所有细胞类型,为研究和治疗人类疾病(特别是心血管疾病和神经退行性病变等重大疾病)提供了一个取之不尽、     

microRNA在多能干细胞向心肌细胞分化中的作用

microRNAs(miRNAs)是长约22 nt的非编码RNAs,广泛参与细胞的增殖、分化、病变、修复和凋亡等多种生命活动．多能干细胞（pluripotent stem cells）是指体外具有自我更新和多向分化潜能的细胞,在一定条件下可被定向诱导分化为多种细胞类型．miRNAs在多能干细胞中表达丰富,并通过调控基因表达影响其自我更新及分化．由多能干细胞向心肌细胞分化的方法主要有3种,即拟胚体形成法、与内胚层细胞共培养法和特定诱导物添加法．虽然这3种方法均可成功诱导多能干细胞向心肌细胞分化,但重复率很低. 所以,人们把研究的视野逐渐转向miRNAs--这个广泛参与细胞生命活动的小分子物质．大量研究表明,在多能干细胞中,不同的miRNAs可通过打靶不同基因影响其向心肌细胞分化．在间充质干细胞中,miR-1、miR-133 和miR-499可分别打靶Hes-1、SRF和Pdcd4| 而在胚胎干细胞中,miR-1和miR-499分别打靶 Hand2和Pacs2促进其向心肌细胞分化．miRNAs在多能干细胞向心肌分化作用机制的研究必将促进再生医学在心脏疾病治疗上的应用．     

体细胞重编程为多能干细胞的研究进展

胚胎干细胞不仅是研究哺乳动物早期胚胎发育、细胞分化、基因表达调控等发育生物学问题的有力工具,还可用于新药评价、细胞治疗等方面的研究.然而,为科学研究而捐献的人类卵子并不能够轻易获得,限制了人类胚胎干细胞相关研究的进展,解决这个问题的理想办法就是找到能够替代胚胎干细胞的其他成体多能细胞.综述了将哺乳动物体细胞诱导为多能干细胞的方法,重点介绍了利用特定的转录因子将体细胞诱导为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞)的最新进展,详细阐述了转录因子在诱导细胞重编程过程中发挥的作用,以及iPS细胞筛选与鉴定的方法,并展望了iPS细胞的应用前景.     

多能干细胞向雄性生殖细胞定向分化的研究进展

生殖健康是生命科学领域关注的核心之一,各种原因所致男性不育亟待解决,然而由于伦理限制等原因,缺少合适的具有人类遗传背景的研究模型开展研究。胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）均属于多能干细胞,具有多向分化潜能。一方面,可利用ESCs?/?iPSCs向生殖细胞分化的模型研究人类生殖细胞的发育规律,另一方面,在此基础上,可建立带有人类疾病遗传背景的iPSCs模型,体外诱导其向雄性生殖细胞分化,利用该模型研究男性不育的发病机制。由于精子在体内的形成遵循一定规律,体外环境中不同发育阶段的生殖细胞在不同诱导因子作用下才可稳定地往下一阶段定向分化,因此,诱导ESCs?/?iPSCs向雄性生殖细胞方向分化时,诱导因子的种类和加入时间的选择应根据生殖细胞的体内发育特征而定,并且在诱导的不同阶段循序加入,以此模拟精子在体内的形成过程,进而更好地研究男性不育的发病机制。本文将对多能干细胞向雄性生殖细胞定向分化的常用诱导因子及存在问题和展望进行综述,为相关研究的开展提供借鉴。     

microRNAs在多能干细胞向心肌细胞分化中的作用

microRNAs(miRNAs)是长约22 nt的非编码RNAs,广泛参与细胞的增殖、分化、病变、修复和凋亡等多种生命活动.多能干细胞(pluripotent stem cells)是指体外具有自我更新和多向分化潜能的细胞,在一定条件下可被定向诱导分化为多种细胞类型.miRNAs在多能干细胞中表达丰富,并通过调控基因表达影响其自我更新及分化.由多能干细胞向心肌细胞分化的方法主要有3种,即拟胚体形成法、与内胚层细胞共培养法和特定诱导物添加法.虽然这3种方法均可成功诱导多能干细胞向心肌细胞分化,但重复率很低.所以,人们把研究的视野逐渐转向miRNAs——这个广泛参与细胞生命活动的小分子物质.大量研究表明,在多能干细胞中,不同的miRNAs可通过打靶不同基因影响其向心肌细胞分化.在间充质干细胞中,miR-1、miR-133和miR-499可分别打靶Hes-1、SRF和Pdcd4;而在胚胎干细胞中,miR-1和miR-499分别打靶Hand2和Pacs2促进其向心肌细胞分化.miRNAs在多能干细胞向心肌分化作用机制的研究必将促进再生医学在心脏疾病治疗上的应用.     

诱导性多能干细胞研究技术的现状与前景

2006年Takahashi研究小组成功地将小鼠的胚胎成纤维细胞和鼠尾成纤维细胞重编成为诱导性多能干细胞(iPSC),开创了体细胞重编程的全新方法,所得iPSC具有和胚胎干细胞相似的生物学特性,不仅解决了人类胚胎干细胞研究所面临的伦理学困境和免疫排斥问题,而且进一步深化了对细胞多能性和基因组重编程的认识,再次掀起了干细胞研究的热潮。iPSC结合基因治疗和细胞治疗的成果已经应用到动物疾病模型上。iPSC能够自我更新并维持未分化状态,可分化为3个胚层来源的所有细胞,参与形成机体所有组织和器官,体外定向诱导能够分化出各种成体细胞,在理论研究和临床应用等方面都极具应用价值。但iPSC技术也存在一系列问题需要研究解决。     

科研快讯

《细胞-代谢》：醋酸对饥饿者维持能量至关重要;《自然》：无需病毒诱导出人类细胞多能性;《干细胞》：诱导多能干细胞分化出运动神经细胞;《软物质》：棉花糖帮助培养人体替代性组织     

人多能干细胞分化为巨核细胞和血小板高效功能筛选模型的建立

人多能干细胞具有分化为包括巨核细胞在内的多种成熟血细胞的能力,诱导人多能干细胞高效分化产生功能性血小板,为解决临床上血小板来源不足提供了潜在的新来源.建立高效的功能筛选平台,寻找调控巨核分化和血小板产生的关键基因和作用机制,有助于实现体外高效和大规模产生血小板.利用脐带血CD34+细胞巨核分化和血小板产生体系以及转录组测序鉴定了调控巨核细胞分化的关键信号通路和基因.利用小鼠(Mus musculus)mAGM-S3基质细胞共培养策略,建立了人多能干细胞高效产生功能性血小板颗粒的模型.利用此模型,对候选的基因进行了功能筛选.结果表明,转录因子RUNX1和ERG显著促进人多能干细胞分化为巨核细胞和血小板.本研究建立的筛选平台可用于揭示人多能干细胞巨核分化和血小板发生的机制.同时,鉴定的转录因子可作为重要的编程因子用于规模化血小板的生产.     

转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞治疗大鼠脊髓损伤的研究

目的:观察转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞(dMSCs)移植对大鼠脊髓损伤的修复作用。方法:取大鼠真皮组织,分离培养真皮多能干细胞,经转染Netrin-1基因和诱导,观察细胞形态变化,免疫细胞化学方法对分化细胞进行鉴定。Wistar大鼠在L4水平制成脊髓全横断损伤模型,伤处移植大鼠真皮多能干细胞或者转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞。对大鼠进行动物行为学(BBB)评分和对损伤脊髓进行组织学检测。结果:转染Netrin-1基因的dMSCs诱导产生的神经元样细胞占总细胞数的比例为24.45±3.73%,而单独的真皮多能干细胞诱导产生的神经元样细胞占总细胞数的比例10.50±2.13%,二者差异显著(P<0.05)。BBB评分显示转染Netrin-1基因的dMSCs移植组明显高于单纯dMSCs移植组和空白对照组(P<0.05);转染Netrin-1基因的dMSCs移植组损伤脊髓结构的修复明显优于单纯dMSCs移植组和空白对照组。结论:转染Netrin-1基因的真皮多能干细胞移植较单纯dMSCs移植对大鼠脊髓损伤有更好的治疗作用。     

新物种诱导多能干细胞的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESC）在人类遗传病学研究、疾病模型建立、器官再生以及动物物种改良和定向变异等方面的地位是其他类型的细胞不可取代的。但是,由于实验技术和体外培养条件的限制,除了小鼠、恒河猴和人之外,大鼠、猪、牛、羊等其他哺乳动物的ES细胞系被证明很难获得。先后有多个研究小组报道了他们利用新兴的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）技术成功建立大鼠和猪的iPS细胞系的研究成果。迄今为止,这两个物种是在未成功建立ES细胞系之前利用iPS技术建立多能干细胞系的成功范例。这些研究对于那些还未建立ES细胞的物种建立多能干细胞系提供了一种新的方案,也将给这些物种的胚胎干细胞的建立、基因修饰动物的产生以及人类医疗事业的促进和发展带来新的希望。     

多能性胚胎干细胞与DNA甲基化的关系

胚胎干细胞是一种能够维持自我更新、具有无限扩增能力的多能性干细胞。灵长类多能干细胞（iPSCs）根据其发育能力、细胞形态、基因表达谱以及表观遗传学的差异分为初始态多能干细胞（pPSCs）和原始态多能干细胞（nPSCs）。nPSCs因其容易进行基因工程处理以及体内外再生出功能组织器官等优势而在临床潜在应用上备受关注,因而有效维持ESCs的原始状态对其用于基础及临床研究具有重要意义。nPSCs的线粒体活性和自我更新能力高于pPSCs,且这两种多能性干细胞在DNA甲基化等方面都存在明显差别,DNA甲基化在nPSCs的转化及代谢中起到重要的作用。本文综述了DNA甲基化对ESCs的作用,特别是维持原始态的作用。     

层粘连蛋白基因家族在猪多能干细胞中的表达谱分析

层粘连蛋白(Laminin)是细胞外基质的重要成分,对细胞生长、分化、运动、组织修复和再生等发挥重要调节作用。Laminin包括有A1-5、B1-4和C1-3共12个编码基因,以不同的表达模式发挥功能。其中Laminin A5作为可以支持多能细胞生长的重要基因,得到广泛研究。但是,在所有猪相关数据库中,均未能查到Laminin A5的信息。文中通过生物信息学分析,首次确认了猪Laminin A5的存在,并进行了克隆和测序验证。为揭示Laminin基因家族在猪诱导多能干细胞(i PSCs)中的表达特性,检测了Laminin在猪各组织、体细胞和i PS细胞中的不同表达模式。发现Laminin B1基因在猪多能干细胞中存在特异性可变剪接体(LAMB1-a),且该可变剪切体的表达量与猪多能干细胞的重编程程度呈正相关。为进一步揭示和利用Laminin作为细胞外基质,用于猪多能干细胞的获取和培养优化奠定了基础。