人类多能干细胞向脊髓前角运动神经元定向分化方法研究进展:从发育生物学到临床转化

人类多能干细胞(human pluripotent stem cell,hPSC)包括人胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)及人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC),它们具有向人体多种类型细胞分化的潜能。近年来,其体外定向分化为脊髓前角运动神经元的研究取得了一定进展。该文基于对神经发育的理解,回顾总结了hPSC向脊髓前角运动神经元定向分化的研究进展,并介绍了它们在研究人类神经发育、对疾病进行体外建模和细胞替代疗法方面的应用。     

真性红细胞增多症诱导性多能干细胞株的建立

诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cell,i PSC)技术在疾病研究和临床应用上具有广阔的前景。JAK2V617F是骨髓增殖性肿瘤(myeloproliferative neoplasms,MPN),如真性红细胞增多症(polycythemia vera,PV)患者携带的一种重要突变。该研究采用非整合型质粒重编程携带JAK2V617F突变的PV患者外周血来源的单个核细胞,诱导生成携带JAK2V617F突变的i PSC。结果表明,通过这种途径形成的i PSC系可稳定传代,多能性基因表达水平与胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES cells)类似,可稳定地在体内分化形成三胚层结构并携带不同负荷的JAK2V617F突变。这为研究JAK2V617F在PV中的发病机制、药物筛选开发及基因靶向治疗提供了一个重要的实验模型。     

多能干细胞维持遗传物质稳定性的调控机制

多能干细胞(pluripotent stem cells,PSCs)能无限增殖且具有发育多潜能性,在再生医学中有巨大的应用前景,但长期扩增过程中产生的遗传物质不稳定性及潜在致瘤性阻碍了临床应用。深入理解多能干细胞维持遗传物质稳定性的方式和机制具有重要的理论价值和应用前景。由于功能的特殊性,相较于体细胞,多能干细胞维持遗传物质稳定性的能力更强,并有其独特的机制。该文简要综述了近年来在多能干细胞维持遗传物质稳定性方面的研究进展,包括干细胞如何有效应对DNA复制压力、如何有效修复DNA损伤以及在DNA损伤情况下的细胞命运决定机制。     

诱导重编程过程中的表观遗传重塑

多能干细胞(pluripotent stem cell,PSC)是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,具有广泛的临床应用前景.诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell,i PS cell)的获得,解决了传统方式中的细胞来源和伦理学等问题,从理论研究和应用上实现了体细胞重编程的重大突破,也为疾病发生机制研究、药物筛选、个性化药物选择、细胞治疗和再生医学等研究创造了难得的机会,从而开启了多能干细胞应用的新纪元.i PS过程中有很多问题尚未得到解决,尤其是诱导重编程的分子机制方面,这也是近年来干细胞领域研究的热点.其中如何实现表观遗传的重编程被认为是亟待解决的核心问题之一.本文结合我们的研究,主要介绍诱导重编程领域表观遗传修饰重塑机制的研究进展,并展望未来研究中大规模信息整合分析的重要性.     

综述: 诱导重编程过程中的表观遗传重塑

多能干细胞(pluripotent stem cell,PSC)是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,具有广泛的临床应用前景．诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)的获得,解决了传统方式中的细胞来源和伦理学等问题,从理论研究和应用上实现了体细胞重编程的重大突破,也为疾病发生机制研究、药物筛选、个性化药物选择、细胞治疗和再生医学等研究创造了难得的机会,从而开启了多能干细胞应用的新纪元．iPS过程中有很多问题尚未得到解决,尤其是诱导重编程的分子机制方面,这也是近年来干细胞领域研究的热点．其中如何实现表观遗传的重编程被认为是亟待解决的核心问题之一．本文结合我们的研究,主要介绍诱导重编程领域表观遗传修饰重塑机制的研究进展,并展望未来研究中大规模信息整合分析的重要性．     

ZSCAN4在早期胚胎及多能干细胞中的作用及调节机制

含有锌指和SCAN结构域的蛋白质4 (zinc finger and SCAN domain containing 4, ZSCAN4)在2细胞期胚胎以及胚胎干细胞中作为DNA结合蛋白质特异性表达。ZSCAN4能够调控早期胚胎发育过程，在合子基因组激活(zygotic genome activation, ZGA)期间通过促进DNA损伤修复和纠正染色体异常，以维持植入前胚胎的基因组和染色体完整性。在小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells, mESCs)向2细胞样细胞转换期间，ZSCAN4与ATP依赖性染色质重塑因子相互作用，调节鼠内源性逆转录病毒L(murine endogenous retrovirus L, MERVL)增强子的活性，激活周边的2细胞期基因的表达，促进胚胎干细胞向2细胞样细胞的转变。ZSCAN4还能通过降低DNA甲基化水平同时介导异染色质沉默，并促使端粒重组和端粒延伸，保持基因组稳定性，进一步维持多能干细胞的无限自我更新能力和多能性，促进mESCs向胚胎2细胞样细胞转变。此外，ZSCAN4还能在重编程中重新激活早期胚胎基因，显著提高诱导...     

基因组编辑技术在干细胞疾病模型和疾病治疗中的应用

基于人类多能干细胞(human pluripotent stem cells,h PSCs)的疾病模拟体系提供了一个全新的疾病研究平台。携带特定致病突变的h PSCs可以通过患者体细胞重编程成诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)获得,或者通过向野生型h PSCs中引入致病突变获得。获得的突变h PSCs及其野生型对照细胞株在体外诱导下可以分化为疾病相关体细胞类型,继而被用于疾病模拟和机理研究。近几年出现的基因组编辑技术使得疾病模拟平台的建立更加高效和优化。主要讨论干细胞疾病模拟领域的进展,以及基因组编辑技术在干细胞疾病模拟和疾病治疗中的应用。     

iPSCs遗传稳定性与重编程机制的研究进展

诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)是采用特定转录因子,将体细胞重编程为具有多能性的干细胞。iPSCs已成功由多种体细胞诱导出来,不仅具有发育多能性还能避免胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ESCs)的伦理道德问题,已成为生命科学领域不可或缺的研究工具,具有广阔的应用前景。但获得高质量、遗传稳定的iPSCs是当前亟须解决的问题。文章对iPSCs重编程机制和遗传稳定性的研究进展进行了综述,以期为提高iPSCs的诱导效率、降低诱导成本、掌握iPSCs质量控制的关键点提供参考,从而推进多能性干细胞临床应用的发展。     

转录因子与诱导型多能干细胞

小鼠的成纤维细胞通过转染四种转录因子（Oct3／4、Sox2、c-Myc和K1F4）可以被诱导转变成类似胚胎干细胞的多能性干细胞,称之为诱导型多能干细胞（induced pluripotent stem cell,iPS）,这种多能干细胞在细胞形态、增殖速率、致瘤性、基因表达以及形成嵌合小鼠的能力上与胚胎干细胞有许多相似之处,将来可能成为胚胎干细胞在临床应用中的替代。本文综述了iPS相关的几种转录因子,及其在重编程过程中的作用以及iPS的发展前景。     

诱导表达型miR-302s敲入小鼠的构建及表型分析

诱导型多能干细胞(induced pluripotent stem cell,i PSC)是干细胞治疗的重要手段。以过表达miR-302s制备i PSC的方法因兼备较高的诱导效率和较低的成瘤潜能,具有良好的应用前景。为综合评价体内miR-302s过表达的生物学效应以及且为临床转化提供实验依据,该研究设计构建了miR-302s可由药物诱导过表达的敲入小鼠模型。研究结果显示,在药物处理后,该模型小鼠可在体内持续稳定表达导入的miR-302s基因;初步表型分析发现,miR-302s的过表达可能导致个体脂蛋白和嘌呤代谢异常。该模型为在体研究miR-302s功能、探讨其用于干细胞治疗的可行性提供了有效工具。     

ATM调节体细胞重编程

共济失调–毛细血管扩张突变(ataxia telangiectasia mutated,ATM)蛋白属于磷脂酰肌醇-3-激酶相关激酶家族(phosphatidylinositol-3-kinase related kinase family,PIKK)成员,是DNA损伤的感应器并将DNA损伤信号传递到下游修复蛋白,从而启动DNA修复、细胞周期阻滞和细胞凋亡等一系列事件,进而维持细胞基因组完整性。近期的研究揭示,ATM参与了体细胞重编程过程,当ATM完全缺失后显著影响诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PS cells)获得以及染色质的稳定;ATM还通过参与重编程过程中的染色质重塑进而调控体细胞重编程。ATM下游的效应因子p53和H2AX(histone 2A member X)等在重编程引起的细胞周期阻滞和凋亡中发挥重要作用。该文重点探讨了ATM及其下游细胞因子在参与调控体细胞重编程过程中的作用机制。     

小分子化合物诱导干细胞向视网膜感光细胞分化的研究进展

干细胞是一类具有多向分化潜能的细胞群,如胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)、诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cell,i PSC)等,可在特定的条件下向包括视网膜感光细胞在内的多种细胞分化。小分子化合物是一类由组织细胞合成、分泌的小分子多肽类因子,特定的小分子化合物可作用于干细胞诱导其向视网膜感光细胞分化。目前,对干细胞体外培养,通过使用不同的诱导培养方案,探索干细胞向视网膜感光细胞分化的研究成为热点。早期,研究者们主要在共培养条件下采用小分子化合物诱导ESC向视网膜感光细胞分化,随着研究的进展,逐渐开始探索在无共培养条件下小分子化合物诱导ESC向视网膜感光细胞的分化以及小分子化合物诱导i PSC向视网膜感光细胞的分化。本文主要就小分子化合物促进ESC和i PSC向视网膜感光细胞分化的研究进展进行综述。     

基因编辑人多能干细胞用于心脏疾病研究

心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是导致人类死亡的主要原因之一。体外的细胞模型有助于提高对这些疾病的研究能力。人多能干细胞(human pluripotent stem cell,hPSC)的多向分化潜能,为建立各种细胞或组织模型提供了可能。同时,近年来开发的几种新型基因组编辑工具,包括CRISPR/Cas系统、碱基编辑器(base editor,BE)以及引导编辑器(prime editor,PE)大大提高了构建和测试细胞疾病模型的速度和有效性。人多能干细胞和基因组编辑技术的结合为理解和治疗疾病提供了新的方法。在这篇综述中,讨论了几种最流行的基因组编辑技术的优缺点,以及其在心血管疾病中潜在的应用。     

microRNA参与体细胞重编程诱导分化为神经细胞的研究进展

神经退行性疾病是临床上常见的疾病,目前其治疗只停留在药物治疗及手术治疗阶段。由于神经细胞是难以再生的一种细胞类型,寻找替代神经细胞对神经退行性疾病移植治疗具有重要意义。现有研究表明,MSC(mesenchymal stem cell)、ESC(embryonic stem cell)或i PSC(induced pluripotent stem cell)能在体外分化为神经细胞,干细胞治疗神经退行性疾病具有良好的临床前景,但目前受到神经分化效率低、免疫排斥等因素的限制。研究显示,micro RNA具有参与神经发育和分化等作用,且具有重编程神经干细胞并治疗神经退行性疾病的能力。因此,该文就micro RNA参与体细胞的重编程诱导分化为神经细胞机制与作用等作一简要综述,探讨micro RNA对体细胞重编程调控作用和临床应用前景。     

Germ cells from pluripotent stem cells: mouse versus human

<正>Currently embryonic stem cells(ESCs)derived from fertilized embryos or cloned embryos by somatic cell nuclear transfer and induced pluripotent stem cells(i PSCs)from somatic cells represent two major types of pluripotent stem cells(PSCs).The nave PSCs functionally can produce all ESC/i PSC mice by tetraploid embryo complementation,and     

小鼠上胚层多能干细胞研究进展

小鼠上胚层干细胞(mouse epiblast stem cell,mEpiSC)是一种来自于5.5天~7.5天小鼠胚胎上胚层(epiblast)组织的多能性干细胞。EpiSC自我更新能力和多能性的维持主要依赖激活素(Activin/Nodal)和成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)信号,Activin和FGF信号对细胞多能网络进行调控,EpiSC培养体系和分离方法目前仍处于不断优化的过程。相比于处于"幼稚(na?ve)"状态的小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cell,mESC),mEpiSC被认为处于"待发(primed)"状态。虽然mEpiSC被注射入囊胚后,细胞嵌合效率较低,但是当其被移植入着床后胚胎时,却比mESC更容易与受体胚胎发生嵌合。因此,来源于小鼠着床后胚胎的EpiSC与来自于着床前胚胎的ESC相比,在多能性维持、发育潜能和诱导方法等方面存在本质区别。该文对小鼠EpiSC和ESC进行比较,并综述目前小鼠EpiSC的研究进展。     

MicroRNA-302/367 cluster功能的研究进展

MircroRNA (miRNA)是一段长度约为22个nt的小型非编码RNA,广泛存在于真核生物中,具有调节基因表达的作用。对miRNA的鉴定、功能分析和调控机理研究已成为当今生物领域的热点。miR-302/367cluster属于胚胎干细胞特异性细胞周期调控miRNAs家族成员(embryonic stem cell-specific cell cycle-regulating family of microRNAs,ESCC miRNAs),通常由5个成员miR-302a、miR-302b、miR-302c、miR-302d及miR-367组成,大多分布在脊椎动物中。研究表明,该miRNAs簇对细胞多种生理过程起重要调控作用,如人胚胎干细胞(hESCs)多能性的维持、自我更新等。本研究概述了miRNA的合成及作用机理,ESCC miRNAs促进体细胞再程序化,并总结了miR-302/367 cluster在细胞周期调控、表观遗传修饰及一些细胞信号转导途径中的作用,为采用该类miRNAs诱导体细胞再程序化为iPS细胞(Induced pluripotent stem cells)提供一定的理论基础。     

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。     

大动物多能干细胞建立研究进展

多能干细胞(pluripotent stem cells,PSCs)是可以无限增殖更新并具有分化为各种组织细胞潜能的一类干细胞系。而其中的i PS细胞(induced pluripotent stem cells,i PS cells)的建立更是进一步拉近了干细胞和临床疾病治疗的距离,并且对农业经济发展和动物医学领域具有巨大的潜在应用价值。然而目前干细胞深层次的机制与应用研究主要还是集中在小鼠和人类干细胞上,而对于农牧业与兽医学关系紧密的大动物干细胞的研究主要还在初步建立与应用尝试阶段。而本文通过归纳整理相关文献,简述了胚胎多能干细胞以及诱导多能干细胞在猪、牛、马等大动物中的建立研究现状。     

人类多能干细胞源心肌细胞的研究进展与应用前景

人类多能干细胞(human pluripotent stem cells,hPSC)具有无限增殖的能力并可体外分化成心肌细胞,可作为新型的细胞源用于心脏疾病的细胞替代疗法、药物检测及心脏发育生物学的基础研究。hPSC包括人胚胎干细胞(human embryonic stem cells,hESC)和诱导型人多能干细胞(human induced pluripotent stem cells,hiPSC),后者的出现不仅使干细胞个性化治疗成为可能,同时规避了人胚胎干细胞应用的医学伦理问题,具有较大的发展空间。尽管hPSC源心肌细胞的应用研究已取得极大进展,但将这种心肌细胞应用于临床仍有许多技术问题需要解决。该文将综述hPSC源心肌细胞的技术进展,探讨hPSC源心肌细胞的应用前景,并对存在的问题和挑战也进行了讨论。