诱导多潜能干细胞(iPSCs)的研究与应用进展

诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)是体细胞在外源因子作用下,经直接细胞核程序重整而重新获得多潜能的干细胞.iPSCs在疾病的模型建立与机理研究、细胞治疗、药物的发现与评价等方面有着巨大的潜在应用价值.在过去几年中,科学家们致力于改进体细胞重编程技术并取得许多突破.然而,为实现其在临床上的应用,必须克服体细胞重编程效率低和iPSCs成瘤风险两大挑战,而且重编程机制有待进一步阐明.结合iPSCs最新研究成果,评述了有关领域国内外研究进展,重点讨论当前存在问题,并展望未来研究方向.     

诱导性多潜能干细胞（iPS）的研究现状和展望

诱导多潜能性干细胞（inducedpluripotentstemcells,iPS细胞）是通过在分化的体细胞中表达特定的几个转录因子,以诱导体细胞的重编程而获得的可不断自我更新（self-renewal）且具有多向分化潜能的细胞．由于iPS既避免免疫排斥,又不涉及伦理道德问题,因此具有广泛且重要的临床应用价值．自从2006年Takahashi和Yamanaka报道成功地建立小鼠的iPS细胞以来,全世界众多实验室开始了iPS细胞研究,并取得了巨大进展．本文回顾过去几年内在iPS细胞研究领域中的新发现,包括建立iPS细胞的方法、iPS细胞形成的分子机制和iPS细胞的应用,并探讨该领域中急需解决的问题和发展前景．     

诱导性多潜能干细胞重编程机制探讨

根据近些年的报道,干细胞作为生命科学领域的一大研究热点,一直备受关注,而诱导性多潜能干细胞(inducedpluripotent stem cell,iPSC)的发现更被誉为是具有里程碑意义的创新之举。在短短几年的时间内,世界各国在iPSC的研究中不断取得突破。然而,对iPSC重编程的机制认识仍处在一个初级阶段,尚不存在一个公认的重编程机制的理论模式。现根据一些已有的文献报道,对iPSC重编程的机制进行初步探讨。     

外周血细胞重编程为诱导性多潜能干细胞的研究进展

诱导性多潜能干细胞(iPSCs)是指分化细胞中导入特定转录因子后逆转恢复到类似胚胎干细胞的具有自我更新、多向分化等潜能的一类细胞。诱导疾病特异性iPSCs是疾病机理、再生医学等领域的研究热点。目前,人iPSCs供体细胞主要来源于皮肤成纤维细胞,需要组织活检、体外增殖等繁琐过程。利用外周血细胞(peripheral blood cells)成功诱导iPSCs,具有取材方便、诱导快速等优点,将极大地促进iPSCs研究。该文在介绍iPSCs诱导方法的基础上,重点阐述了从小鼠B细胞、T细胞,人脐带血细胞,到人外周血细胞重编程为iPSCs的研究进展,分析了该技术的特点和可能存在的问题,并进行了前景展望。     

多潜能乳腺干细胞的发现

小鼠乳腺由多种不同类型的上皮细胞构成。多潜能干细胞位于乳腺发育的顶端,是乳腺中所有分化细胞类型的来源。然而,这群多潜能乳腺干细胞此前尚未通过特定的标记基因得到鉴定,其存在性也备受争议。借助乳腺干细胞体外培养体系,从Wnt信号通路入手,发现了蛋白C受体基因Procr。在乳腺中,Procr作为一个新的Wnt信号通路的靶基因,能够标记多潜能乳腺干细胞。Procr标记乳腺基底细胞中的一个亚群,这个亚群的细胞低表达基底细胞普遍表达的角蛋白,表现出上皮–间充质转化的特性。Procr阳性的细胞在移植实验中表现出最高的乳腺重建率,体内追踪Procr阳性细胞的后代,发现Procr阳性细胞能够在发育过程中分化形成乳腺上皮的所有细胞类型。多潜能乳腺干细胞的发现结束了乳腺中多潜能干细胞存在性的争议,对乳腺癌的诊断及靶向治疗具有重大意义。     

诱导多能干细胞（iPSCs）：过去、现在和未来

诱导多能干细胞技术诞生至今已有6年多历史了,许多人认为这是生命科学和再生医学研究领域的一场革命,也是细胞生物学发展的里程碑,很多人预言这项技术迟早会获得诺贝尔生理医学奖。但是,对这项技术诞生的历史背景、发展历程、研究现状以及未来前景,能够真正了解的并不多。为此,我们将此项技术发明人日本京都大学iPS细胞研究和应用中心山中伸弥（ShinyaYamanaka）最近发表的评述（YamanakaS．Inducedpluripotentstemcells：Past,present,andfuture．CellStemCell2012;10（6）：678—84）翻译成中文以飨读者。     

诱导性多潜能干细胞技术进展

诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)可以通过在分化的成纤维细胞中导入特定的转录因子获得。IPS细胞与胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESCs)在形态,增殖能力,基因表达谱和畸胎瘤形成上没有区别,因此在研究疾病机制,药物筛选和毒理学上有重要的应用价值。一旦解决了安全性和效率问题,iPS细胞将在再生医学上有重要的应用价值。主要从提高转化效率、制备无遗传修饰的iPS细胞和疾病特异性的iPS细胞这3个近来在iPS领域飞速进展的方向做一综述。     

诱导多能干细胞(iPS)的诱导培养与鉴定

通过外源转录调控因子的诱导,使成体细胞重编程为胚胎干细胞(ES细胞)样的多能细胞,这种细胞称为诱导多能干细胞(iPS细胞),这一方法被称为iPS技术。目前,iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用,建立了相应的iPS细胞系,并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处,但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究,对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。     

线粒体与多潜能干细胞功能

线粒体是细胞内重要的细胞器,主要功能是通过氧化磷酸化为细胞生命活动提供能量。近年来,研究表明,在多潜能干细胞（Pluripotent stem cells, PSCs）中线粒体表现出独有的特征,即在多能性状态下,PSCs主要依靠糖酵解提供能量,其分化期间线粒体氧化磷酸化代谢能力逐渐增强。相反,体细胞重编程为多潜能干细胞期间,线粒体氧化磷酸化向糖酵解途径的转变是其成功重编程必需的代谢过程。另外,线粒体通过生物合成和形态结构的动态重塑维持了PSCs多能性、诱导分化及诱导多能干细胞（Induced pluripotent stem cells, iPSCs）的重编程。因此,本文综述了PSCs线粒体形态结构及其在调控PSCs多能性、合成代谢、氧化还原状态的平衡、分化及重新编程中的作用,为深入了解线粒体调控PSCs功能的作用提供理论基础。     

诱导性多能干细胞与肝样细胞分化

肝脏疾病正逐渐成为全球棘手的医疗问题。肝细胞是肝脏生理活动的主要承担者,在肝脏疾病的研究以及药物的研发和测试方面有着举足轻重的作用。然而,体外分离培养的原代肝细胞面临在体外不能无限增殖和稳定表达肝脏特异基因等问题。有强大的自我更新能力和三胚层分化潜能的诱导性多能肝细胞(iPSCs)能被诱导因子、外源基因和小分子化合物等定向诱导分化为功能性肝细胞。同时,还避免了伦理、宗教以及免疫排斥等诸多问题。本文简要综述了从不同策略诱导iPSCs成为功能性肝细胞的研究方法和成果,并对该领域进行小结和展望。     

c-Myc对诱导性多能干细胞的诱导效率及全能性影响的研究

该研究探讨转录因子c—Myc对多能诱导干细胞（inducedpluripotentstemcells,iPS）诱导效率及形成的iPS克隆全能性的影响。将Yam,dnaka四因子（Oct4、Sox2、Klf4和C—Myc,OSKM）和不舍C。Myc的三因子（OSK）病毒分别感染OG2小鼠成纤维细胞（mouseembryofibroblast,MEF）,诱导成为iPSN胞,通过计数iPS克隆形成数目和流式细胞仪分析iPS克隆的绿色荧光蛋白（GFP）阳性比例。比较OSKM和OSK诱导iPS的效率。分别挑取三株OSK和OSKM诱导的iPS克隆,采用荧光定量PCR法、碱性磷酸酶fAP）染色法和免疫荧光法检测iPS克隆的干性相关蛋白的表达;采用畸胎瘤实验、嵌合体形成实验和四倍体补偿实验检测iPS克隆的全能性。结果显示：在该实验室诱导体系里,OSK病毒感染MEF后形成的iPS克隆数目明显增多,GFP阳性克隆的比例增加。OSK和OSKM诱导iPS克隆的干细胞基本特征,包括形态、AP染色、干细胞特异性基因表达、三胚层形成均没有明显差异。然而,OSK诱导iPS克隆在形成嵌合体小鼠的全能性评估实验中的阳性比例高于OSKM克隆,且只有OSK克隆株能够获得生殖系传递小鼠和四倍体补偿小鼠。该研究表明,在实验诱导体系里去除C—Myc的三因子OSK诱导iPS的效率显著高于OSKM四因子,且三因子诱导iPS克隆具有更好的全能性。     

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。     

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．     

体细胞重编程为诱导多能干细胞

诱导多功能性干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）是通过导入特定的转录因子（如Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4等）将体细胞诱导重编程为多能性干细胞,其功能与胚胎干细胞相似.iPS细胞的建立,在生命科学领域引起了新的轰动.目前,iPS细胞的研究领域在转录因子的优化、iPS细胞的筛选、载体的运用、体细胞种类的选择和iPS细胞的应用等方面取得突破进展,但仍然存在致癌性、效率低等一系列急需解决的问题.     

人诱导性多潜能干细胞(iPS细胞)系的建立

掌握建立人iPS细胞系(induced pluripotent stem cells,iPSCs)的技术,以便为人肿瘤细胞重编程为iPS细胞建立技术平台.在人胚胎干细胞的培养条件下,通过携带Oct4、Sox2、c-Myc、Klf44个混合因子的慢病毒感染人皮肤成纤维细胞(CCD-1079SK细胞),从而诱导成干细胞样的克隆.根据人胚胎干细胞的特性进行如下鉴定:克隆形态、碱性磷酸酶活性、核型和CCD-1079SK细胞来源的克隆拟胚体(embryoid bodies,EBs)形成及分化等.结果显示,在人胚胎干细胞的培养环境中,导入Oct4、Sox2、c-Myc、Klf44个因子的CCD-1079SK细胞产生了一株iPSC克隆,这株iPSC克隆在细胞形态、增殖能力、胚胎细胞特异性表面抗原以及基因表达与人胚胎干细胞相似,此外,iPSC克隆在体外悬浮培养中形成拟胚体并分化成3个胚层.人iPS细胞系的成功建立为利用iPS细胞技术开展肿瘤细胞重编程研究奠定了坚实基础.     

限定因子诱导胎猪成纤维细胞重编程为多能性细胞

尝试运用限定因子融合蛋白建立猪的诱导多能性干细胞．试验采用Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四种限定因子经慢病毒表达载体系统介导感染猪胎儿成纤维细胞,对表达外源限定因子的猪胎儿成纤维细胞进行培养传代,逐步分离培养出集落边缘界限清晰的细胞克隆,细胞集落生长状态稳定、核型正常、碱性磷酸酶检测为阳性,免疫细胞化学检测显示,Oct4、Nanog、SSEA-1蛋白表达为阳性,体内能够分化形成含有三个胚层的畸胎瘤．结果证实分离培养的细胞克隆为猪诱导多能性干细胞,为进一步完善诱导方案和深入研究应用猪诱导多能性干细胞奠定了基础．     

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。     

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。