干细胞多能性信号调控机制研究进展

多能性干细胞是一类具有体外无限自我复制和分化为体内多种细胞类型能力的多潜能细胞,是研究基因功能、建立疾病模型和促进再生医学领域发展的一种重要工具。自1981年小鼠胚胎干细胞建立以来,科学家们已经先后成功地建立了灵长类、人、大鼠的胚胎干细胞和小鼠、大鼠的上胚层干细胞等。但是,目前研究表明,维持人、灵长类胚胎干细胞的多能性信号通路与维持小鼠、大鼠胚胎干细胞的截然不同,而与维持小鼠、大鼠上胚层干细胞的信号通路比较类似。因此,该文对目前研究较多的维持小鼠胚胎干细胞、人胚胎干细胞和小鼠上胚层干细胞的多能性信号通路进行了综述,希望能够对其它物种的多能性干细胞研究提供有益的借鉴。     

HOXB6启动人胚胎干细胞向中胚层分化

HOXB6在胚胎发育过程中发挥重要作用,但在人胚胎干细胞中胚层分化中的作用尚不清楚。该研究利用人胚胎干细胞中胚层分化模型结合RNA-seq分析发现,HOXB6在中胚层分化过程中显著上调,敲降HOXB6的表达抑制人胚胎干细胞向中胚层分化,提示HOXB6在中胚层分化过程中发挥功能。通过建立HOXB6诱导性过表达的人胚胎干细胞株发现,HOXB6过表达抑制人胚胎干细胞多能性标志分子的表达,并且显著上调中胚层标志分子的表达。该研究表明,HOXB6单独过表达能够启动人胚胎干细胞向中胚层分化,为理解人类早期发育和建立人胚胎干细胞高效诱导分化体系提供了理论依据。     

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.     

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。     

特定因子诱导多能干细胞

胚胎干细胞由于具有发育上的全能性,被认为是用于移植治疗的最佳来源。然而,由于人的胚胎干细胞直接运用引发免疫排斥以及触及伦理矛盾,人们一直在研发多能干细胞。2006年,多能干细胞的研究有了重大进展。首先,Yamanaka实验室构建用逆转录载体将候选因子导入成纤维细胞,而后检测多能性标志基因的表达。结果发现,四种因子Oct3/4、Sox2、c-Myc以及Klf4的组合产生了表达多能性标志基因才有的抗药性的克隆,意味着细胞获得了多能性。用这种方法筛选的细胞无论在形态和增殖分化能力方面均类似于干细胞,而且表达干细胞标志基因以及在体内外能向三个胚层的细胞类型分化,这种细胞被命名为诱导性多能干细胞(iPS细胞)。进一步,用更严格的筛选基因nanog得到的iPS能够嵌合到生殖系中。而后,运用改进的方法从人的成体成纤维细胞也可以得到iPS细胞。然而,这种方法得到的嵌合体小鼠存在肿瘤形成现象,可能是由于c-Myc逆转录病毒整合到了基因组。通过替代的方法,去掉c-Myc的iPS也能够获得。为了进一步降低肿瘤形成的几率,近来发展了一种不依赖于病毒的方法,用质粒载体作为介质。iPS进一步的研究热点在于安全性以及从更严格的医学角度提高诱导iPS的效率,其分子机理和相关的技术问题也有待解决和克服。     

维持胚胎干细胞自我更新分子机制的研究进展

胚胎干细胞通过特殊内源性分子的表达,以及微环境中多种细胞因子和胞外基质的刺激,构成信号网络,共同调控自我更新.近年来,通过对Oct3/4、Nanog等胚胎干细胞特殊分子标记,以及LIF-STAT3,Wnt-β-连环素,BMP-Id等信号通路的研究,探讨了胚胎干细胞自我更新信号网络的分子机制.维持自我更新的关键在于胚胎干细胞生长微环境中的各种细胞因子和胞外基质的含量,以及细胞内源性特异分子表达量之间的平衡.     

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。     

人胚胎干细胞Na?ve多能性状态建立的研究进展

胚胎干细胞在体外具有无限的自我更新和多向分化的潜能,因而具有重要的社会和经济价值。但是关于已建系的人胚胎干细胞是否处在Na?ve多能性状态至今仍有争议。Na?ve多能性状态的人胚胎干细胞建立是体外研究人类早期发育以及评估人胚胎干细胞安全应用的基础。目前很多研究报告了Na?ve人胚胎干细胞构建的方法,已成为当前再生领域研究的热点方向之一。本文将对这些进展作一综述,不仅将有助于人们扩大对人胚胎干细胞多能性调控的理解,也将有利于其未来更加安全有效地应用于临床。     

上皮剪接调节蛋白1的研究进展

上皮剪接调节蛋白1(Epithelial splicing regulatory protein 1,ESRP1)是近年来发现的一种上皮细胞特异性剪接因子,主要通过选择性剪接在转录后水平调节基因的表达,继而影响细胞的功能。研究表明,ESRP1通过调控上皮间质转化、细胞周期进展、氧化还原反应以及脂肪酸代谢等过程,多方面参与肿瘤的发生、发展和对治疗药物的反应。小鼠实验研究表明,ESRP1基因敲除可以导致多种器官发育异常,包括颅面部畸形、皮肤屏障功能受损、肾脏以及耳蜗发育不良等。此外,ESRP1还可以通过调控转录因子的活性以及非编码RNA的生成,提高小鼠成纤维细胞重编程为多能干细胞的效率并维持人胚胎干细胞的多能性。鉴于ESRP1在多个研究领域的重要性,本文对ESRP1常见的下游靶分子、信号通路、以及在生理病理环境下所发挥的功能进行阐述,以期进一步指导基础研究和临床应用。     

猪胚胎干细胞研究进展

胚胎干细胞是一类具有在体外无限自我复制和分化为体内任何种类细胞的多潜能细胞。目前,公认的胚胎干细胞全能性判断标准包括:体内及体外向三胚层细胞分化和二倍体嵌合后能形成生殖细胞。从1981年Kaufman等第一次分离小鼠胚胎干细胞至今,能满足这些标准的只有小鼠、大鼠和鸡的胚胎干细胞系。猪作为一种生理结构和器官的三维结构和人都比较相似的传统药物实验模型,其胚胎干细胞系的建立一直受到广泛的关注,但是迄今为止真正的猪胚胎干细胞系(即满足上述判定标准)还未被建立起来。本文将从多个方面阐述猪胚胎干细胞系的研究进展及亟待解决的问题。猪的全基因组序列已经测序完成,相信随着干细胞研究的深入开展,对维持多能性的转录因子和细胞信号通路认识的逐步加深,建立真正的猪胚胎干细胞系将成为可能。     

Nanog基因的功能与调控研究进展

胚胎干细胞的无限增殖能力和亚全能性决定了它在再生医学、新药开发及发育生物学基础研究中具有巨大的应用前景。探索维持胚胎干细胞亚全能性的因子及其网络的调控功能成为胚胎干细胞生物学研究的热点。已研究发现多个与维持胚胎干细胞亚全能性相关的基因如Oct4, Nanog, Sox2等,其中Nanog是2003年5月末发现的一个基因,它对维持胚胎干细胞亚全能性起关键性作用,能够独立于L1F/Stat3维持ICM和胚胎干细胞的亚全能性。几年来,Nanog的生物学功能及其与 Oct4, Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系已有较为深入的研究,并发现多个调控Nanog表达的转录因子,从而进一步明晰Nanog与已知调控胚胎发育的信号通路之间的关系。本文在综述Nanog基因的表达特征和功能的基础上、重点探讨Nanog基因表达调控以及Oct4, Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系,并对未来的研究趋势予以展望。     

Nuclear reprogramming and pluripotency of embryonic cells: Application to the isolation of embryonic stem cells in farm animals

Despite their biological and biotechnological interest, pluripotent embryonic stem cell lines (ES cells) have been isolated from cultured embryos only in a very limited number of mammalian species. Here we review the main molecular mechanisms that have been shown in mouse or primates to regulate the maintenance of pluripotency in vitro. We describe the main signaling pathways that participate in the self-renewal of ES cells and provide an outlook on the epigenetic associated mechanisms. We also propose a practical approach to stem cell differentiation that examines the relationships between the genotype of embryos and their culture conditions and consider nuclear reprogramming as a valuable approach in ES cell derivation in farm animals.