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．     

诱导重编程的表观遗传调控研究进展

表观遗传调控是细胞命运变化与决定的重要基础之一。2006年,日本科学家山中伸弥发现通过4个转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc可以将已经分化的体细胞逆转回与胚胎干细胞相似的多能性状态,获得诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)。这种诱导重编程技术不仅是干细胞技术的一大突破,也提供了关键的体外模型用于研究细胞重编程的表观遗传机制。对该机制的深入理解将推动人类自由操纵细胞命运的进程,从而有望治疗各种因功能细胞、组织、器官缺失退化引发的疾病。从诱导重编程的表观遗传调控方向的研究进展出发,阐述通过诱导重编程发现的关键细胞命运转变表观调控机制,展望未来的主要研究目标。     

iPS细胞技术在血液系统疾病中的研究进展及应用

诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PS细胞)是指将一些特定的转录因子转入已分化的成体细胞,使其重编程为形态及功能上类似于胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES细胞)的一类细胞。因此,i PS细胞技术避免了传统ES细胞在临床应用方面的道德伦理问题,使其在再生医学、疾病建模、新药筛选等方面具有巨大优势。近年来,i PS细胞技术在血液系统疾病中的研究及应用取得较大突破,包括体外诱导生成造血干/祖细胞、疾病模型的建立及耐药机制的研究、基因治疗单基因遗传病等。该文对i PS细胞诱导重编程技术在血液系统疾病中的最新研究进展进行了综述。     

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。     

我国诱导多能干细胞研究进展

关于细胞重编程问题的探讨可以追溯至20世纪30年代。从汉斯·斯佩曼提出"胚胎诱导"概念开始,到20世纪60年代,约翰·戈登成功获得了经过体细胞核移植发育而来的爪蟾,再到1996年世界首例克隆哺乳动物克隆羊"多莉"的诞生,生物学家终于证实了高等动物的体细胞核能够通过核移植的方式重新建立多能性,但这一方法面临着很多社会伦理学问题,无法应用于医学实践。直到2006年Yamanaka小组诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,i PS细胞),成功地绕过了这些伦理问题,诱导重编程才成为了当今干细胞生物学最为热门的研究方向。在诱导多能干细胞领域,我国一直位居世界前列,近年来更是在i PS技术的优化、机制研究和应用研究等方面作出了令世界瞩目的贡献,就这几方面做一综述。     

哺乳动物DNA甲基化及其在体细胞诱导重编程中的作用

诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)技术提供了将终末分化的细胞逆转为多潜能干细胞的可能, 在干细胞基础理论研究和再生医学中具有重要意义。然而, 目前体细胞诱导重编程方法效率极低, 常发生不完全的重编程。研究表明, 在不完全重编程的细胞中存在体细胞的表观遗传记忆, 而DNA甲基化作为相对长期和稳定的表观遗传修饰, 是影响重编程效率和iPS细胞分化能力的重要因素之一。哺乳动物DNA甲基化是指胞嘧啶第五位碳原子上的甲基化修饰, 常发生于CpG位点。DNA甲基化能够调节体细胞特异基因和多能性基因的表达, 因此其在哺乳动物基因调控、胚胎发育和细胞重编程过程中发挥着重要作用。此外, 异常DNA甲基化可能导致iPS细胞基因印记的异常和X染色体的失活。文章重点围绕DNA甲基化的机制、分布特点、及其在体细胞诱导重编程中的作用进行了综述。     

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。     

诱导多能干细胞在血液系统疾病中的研究进展

造血干细胞移植(hemopoietic stem cell transplantation,HSCT)用于血液系统疾病的治疗已取得迅猛发展。但由于供体有限及配型效率不高等问题,严重阻碍了其在临床上的广泛应用。因此,人们迫切地寻求更为安全、经济和有效的造血干细胞的资源。诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PS)在体外可被诱导分化为多种细胞,其中对体外诱导分化为造血干细胞的研究尤为深入。该文就i PS细胞在体外定向分化为造血干细胞及移植研究的最新进展作一综述。     

诱导多能干细胞的研究进展

体细胞诱导成为多能性干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)的研究成果被国际生命科学界誉为具有里程碑意义的创新之举.在短短3年多的时间里,这项研究已经在细胞重编程的机理研究、探索疾病的发生发展机制以及临床医学的应用等领域引发了很多突破性的进展,而且,这一非克隆干细胞技术的诞生,成功地避开了长期以来争论不休的伦理问题,极大地推动该领域和相关科学领域的发展.从iPS细胞的研究历程、iPS细胞的构建机理、iPS细胞研究的最新应用成果以及iPS细胞的发展前景和研究方向等方面进行了评.     

胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）具有自我更新、无限增殖和多向分化的特性,包括分化成心脏组织的多种类型细胞。经体细胞重编程产生的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS）也被证明有类似胚胎干细胞的特性。但这些多能干细胞向心肌细胞自发分化的效率非常低,因此,如何有效地诱导这些多能干细胞向心肌细胞的定向分化对深入认识心肌发生发育的关键调控机制和实现其在药物发现和再生医学,如心肌梗塞、心力衰竭的细胞治疗以及心肌组织工程中的应用均具有非常重要的意义。该文重点综述了近年来胚胎干细胞及诱导多能干细胞向心肌细胞分化和调控的研究进展,并探讨了这一研究领域亟待解决的关键问题和这些多能干细胞的应用前景。     

基于诱导多能干细胞的基因编辑和细胞治疗

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)是指分化细胞重编程恢复到类似胚胎干细胞,具有自我更新、多向分化等潜能的一类细胞。基因编辑是对基因组特定位点进行的遗传操作,可方便快捷地实现靶向遗传修饰。随着重编程效率提高和安全性等的完善,对患者来源的i PSCs进行基因编辑、校正致病突变并用于细胞治疗正成为转化医学研究的热点。该文在简单介绍基因编辑原理和方法的基础上,重点综述了近年来基于i PSCs的基因编辑和细胞治疗的研究进展,对存在的问题进行了讨论,并对其在再生医学领域的发展前景进行了展望。     

异染色质在多能性维持中的作用和调控机制

多能干细胞(pluripotent stem cell, PSC),包括胚胎干细胞(embryonic stem cell, ESC)和诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cell, iPSC),具有无限自我更新及分化成体内所有类型细胞的潜能,因此,在再生医学中有着重要的临床应用前景.独特的异染色质及其组蛋白修饰对于PSC的多能性、快速增殖、命运决定和基因组稳定性起重要作用.本文总结了近年来发现的异染色质在维持多能性和基因组稳定性中的作用和机制,以及PSC如何维持其特有的异染色质状态.     

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。     

诱导性多能干细胞的研究进展及其在再生医学上的应用

通过特定转录因子的过表达使体细胞重编程为诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞),这一成果引起了整个生命科学领域的广泛关注.由于iPS细胞不仅具有与人类胚胎干细胞(embryonicstem cell,ES细胞)相似的基本特征,而且与ES细胞相比,不存在免疫排斥和伦理道德问题,因此,具有重要的临床应用潜能.目前,iPS细胞主要用于细胞分化和移植,并可提供体外的疾病模型,以便于研究疾病形成的机制、筛选新药以及开发新的治疗方法.从iPS细胞的产生、诱导方法、生物学特征和在再生医学中的应用作以综述.     

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.     

建立非基因整合iPSCs体系及提高体外造血分化体系的研究

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)在体外可被诱导分化为多种细胞,该项技术在细胞治疗、药物筛选及疾病研究上具有广阔的前景。体外定向诱导其向造血分化可为临床上使用的造血干细胞提供一种新的来源,提高i PSCs的造血分化效率将是i PSCs临床前治疗要解决的关键问题。该研究采用非整合型病毒重编程正常人的外周血来源的单个核细胞(peripheral blood-derived mononuclear cells,PBMCs),诱导生成i PSCs后对其进行体外造血分化实验。结果显示,通过此种方法进行重编程的i PSCs可稳定传代,体内外均可向三胚层分化。使用OP9细胞与i PSCs共培养可分化为造血干/祖细胞,且添加细胞因子可有效提高分化效率。该研究为进一步提高i PSCs造血分化效率提供了重要的实验依据。     

细胞重编程和移植技术用于帕金森病治疗的研究进展

帕金森病(Parkinson disease,PD)是一种复杂的中枢神经系统退行性疾病,主要病理特征为黑质致密部多巴胺神经元的进行性丧失.目前PD主要治疗手段包括药物和手术.但药物存在神经保护活性不足、缺乏对因治疗、晚期无药可用等问题,手术治疗风险较大.近年来,细胞重编程技术取得突破性进展,由重编程产生的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)、诱导多巴胺神经元(induced dopamine neurons,iDNs)和诱导神经干细胞(induced neural stem cells,i NSCs)可用于治疗PD.移植iPSCs分化而来的多巴胺能神经元、iDNs和iNSCs至相应脑区,可起到神经替代与修复作用,有效治疗PD.本文重点介绍细胞重编程的机制,总结iPSCs、iDNs和iNSCs治疗PD的优缺点,并阐述尚存在的挑战,探讨可能的解决方案.     

体细胞直接重编程为神经元和神经干细胞

体细胞直接重编程是由已分化细胞类型不经过诱导型多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,i PSCs)中间阶段,直接转换为另一种细胞类型的重编程过程。体细胞直接重编程避免了i PSC技术存在的重编程效率低下、引入致癌基因等多种缺陷,并为细胞替换治疗和个性化医药研发设想贡献了新的实现途径。现代医学对于诸如神经退行性疾病、神经遗传疾病和外伤导致的神经细胞受损等一些神经系统疾病一直没有有效的治疗手段。而体细胞直接重编程为治疗这些疾病提供了另一种治疗途径,因此体细胞直接重编程为神经细胞相关领域迅速成为研究热点。回顾了体细胞重编程为诱导型神经元(Induced neurons,i Ns)和诱导型神经干细胞(Induced neural stem cells,i NSCs)的最新研究进展,并探讨i Ns和i NSCs在临床应用上的各自优势、局限性及应用前景。     

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。     

诱导性多能干细胞向神经细胞分化的研究进展

诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cell)是通过转染外源特定的基因组合来诱导成体细胞重编程为类似于胚胎干细胞的一种多潜能干细胞,iPS细胞与胚胎干细胞不仅在形态上相似,而且在功能方面几乎相同.另外,iPS细胞的诞生克服了胚胎干细胞在临床应用时涉及的移植免疫排斥与伦理道德问题,因此具有重要的临床应用价值.目前iPS在治疗中枢神经系统性疾病方面的研究已取得很大进展,包括iPS细胞向神经细胞诱导分化方法的改进、分化机理的探索以及iPS细胞分化来源神经细胞在神经系统疾病模型中治疗作用的研究等.从iPS细胞的创建及特点、iPS细胞向神经细胞分化的诱导方法及研究新进展方面予以综述.