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。     

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。     

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的潜在致瘤性及降低致瘤性方法的研究进展

自从2006年山中伸弥成功地将小鼠皮肤成纤维细胞重编程为诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,i PSCs),i PSCs已成为科学家们研究的热点之一。而i PSCs在为基础研究和再生医学提供了无限可能的同时,相关争论焦点也随之产生,如i PSCs有可能导致肿瘤已成为其在临床应用前需要进一步证实、面对和解决的问题。目前已经有相关研究人员对i PSCs是否具有潜在致瘤性进行了探索。研究结果表明,i PSCs基因表达谱与癌细胞基因表达谱具有交集,重编程过程中积累了基因损伤,以及在培养过程中的基因突变都是其致瘤性产生的原因之一。研究人员目前已经找到很多减少i PSCs致瘤性的方法,比如优化促重编程因子、筛选表达载体、筛选细胞株等。文中对i PSCs致瘤可能性的原因和如何消除其致瘤性进行了综述。     

RNAs介导的干细胞诱导技术研究进展

诱导性多能干细胞(i PSCs)技术可重编程体细胞为胚胎干细胞(ESCs)样的多能性细胞,在药物筛选、再生医学等领域具有巨大的应用潜力。i PSCs技术自2006年首次报道用逆转录病毒转导一组转录因子,将小鼠(Mus musculus)成纤维细胞成功重编程为i PSCs以来,便不断改进和完善。近年来,不引起任何基因组改变的RNAs介导的i PSCs技术成为新兴的研究热点,主要包括修饰m RNAs法、mi RNAs法、si RNAs法和lnc RNAs法等。本文综述了RNAs介导的各种i PSCs技术的研究进展,分析了这些技术的优势、存在的不足及改进的方向等,为i PSCs技术的发展与应用提供参考。     

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。     

小分子化合物诱导细胞重编程研究进展

细胞重编程指细胞内的基因表达由一种类型转变为另一种类型,通常包含两层含义:一是分化的细胞重新恢复到多能性或全能性状态;二是从一种分化的细胞转变为另一种分化的细胞。细胞重编程可为临床患者特异性细胞治疗提供无限的细胞资源。细胞重编程的途径有细胞核移植、转染特定转录因子、小分子化合物诱导等方法。核移植技术由于通常需要使用到卵子,而被认为存在伦理问题;转录因子的导入存在引起宿主基因突变的问题,限制了这一技术的临床应用。然而小分子化合物容易合成、细胞渗透性好,并且生物效应具有可塑性,使用小分子化合物诱导细胞重编程,避免了核移植的伦理问题和基因操作潜在的危害。目前,使用小分子化合物从体细胞诱导获得更安全的i PSCs(induced pluripotent stem cells),ci CMs(chemically induced functional cardiomyocyte cells)和ci NSLCs(chemical-induced neural stem cell-like cells)。对小分子化合物诱导细胞重编程,包括小分子化合物诱导多能干细胞;小分子化合物诱导潜能扩展的多能干细胞,以及小分子化合物诱导细胞转分化等方面的研究做了总结,并对小分子化合物诱导的未来发展做了展望,旨在为今后这方面的研究提供借鉴。     

血细胞为供体细胞诱导iPSCs的研究进展

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)是通过转录因子或者小分子化合物诱导体细胞形成的形态和功能类似于胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)的一类细胞,具有自我更新及多向分化潜能。由于i PSCs技术不涉及传统ESCs的伦理学问题,并且获取较为方便、快捷,使其在再生医学、疾病建模、药物筛选等方面具有突出的优势。经过一定时间的探索,发现血液细胞作为i PSCs技术的供体细胞具有很大的优势,这也推动了对血液系统疾病的深入研究。该文就血细胞在i PSCs诱导重编程技术中的应用以及i PSCs技术在血液系统疾病中的最新进展作一综述。     

干细胞与再生医学

多能干细胞(PSCs)具有发育的多潜能性,可以分化为机体各种细胞类型,是再生医学领域进行细胞替代治疗以及组织/器官再生的基础.如何由终末分化的体细胞重编程获得病人特异的PSCs,是再生医学领域的核心问题之一,目前主要采取两种重编程策略:借助核移植技术由早期胚胎体外建系获得,或通过诱导重编程技术获得.本文将综述不同多能性等级PSCs的获得方法以及其在多能性机制研究中的应用,并讨论PSCs通过异种嵌合实现组织/器官再造的潜在应用价值.PSCs的研究不仅推动了基础生物学研究的发展,同时也为再生医学走向临床开辟了道路.     

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。     

载体介导无遗传物质整合的诱导性多能干细胞的生成

诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)因其具有类似胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)的"自我更新"和分化潜能而成为生物学和医学等领域的研究热点之一。但是,目前i PSCs的生成主要以逆转录病毒或慢病毒为载体,而病毒载体和外源性重编程因子在受体细胞基因组中的整合,使得i PSCs存在致瘤性的安全隐患。同时,采用无载体介导的方法如重组蛋白、小分子物质的重编程效率较低。为此,目前已成功开发一些载体和方法可以介导无外源性遗传物质整合的i PSCs的生成。该文就整合后可删除的基因表达载体(Cre/lox P重组系统、piggy Bac转座子/转座酶系统)和非整合基因表达载体(ori P/EBNA1附加型载体、微环DNA载体)在i PSCs生成上的应用研究作一综述,以期为i PSCs的临床安全应用提供理论和技术参考。     

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。     

卵子介导细胞重编程的基础与应用研究

细胞重编程一般是指将分化细胞转变成全能性胚胎或多能性细胞的过程,是研究发育和分化的重要手段,为再生医学、疾病个体化治疗及药物筛选等提供了巨大的应用前景。诱导细胞重编程的方法有多种,如细胞培养、卵子介导的核移植(nuclear transfer)、细胞融合、山中伸弥因子介导的诱导多能干细胞(i PSC)技术等。以国家自然科学基金重大研究计划为依托,李劲松课题组围绕着卵子介导的细胞重编程领域开展了系统的研究,取得了一系列突破性的进展:完善了卵子介导的核移植体系;建立精子和卵子来源的"类精子"的单倍体胚胎干细胞系和半克隆技术;建立人和猴子的孤雌单倍体胚胎干细胞系;卵子介导的重编程与i PSC技术比较揭示影响重编程的重要因子;建立卵子介导遗传疾病治疗的策略。现主要对卵子介导细胞重编程的基础与应用研究的原创性实验成果进行综述,并展望未来关注的重点研究方向。     

微环境诱导iPSCs和BMSCs向神经元样细胞分化——Reelin对细胞分化和极性化的调节作用

本文旨在研究小鼠诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)和骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)在大脑微环境的诱导下向神经元样细胞分化的过程,探讨与细胞极性化相关的关键分子,以及Reelin蛋白对干细胞的分化的影响。用细胞脑片共培养以及细胞脑匀浆上清共培养的方法,将i PSCs和BMSCs分别与野生型(WT)和reelin基因缺失小鼠(reeler小鼠)的海马脑片以及脑匀浆上清共培养,观察二者在脑片微环境下的细胞分化和极性化改变。结果显示,与WT和reeler小鼠脑片共培养的i PSCs和BMSCs均出现神经元样细胞的分化;与WT小鼠海马脑片共培养的这两种细胞呈双C字型海马片层化分布,同时表现出很强的方位性,而与reeler小鼠海马脑片共培养的细胞分布则无明显规律性,呈均匀分布。脑匀浆上清培养基共培养的i PSCs和BMSCs在共培养72 h后,部分类神经元样细胞可以被神经元特异标记物(Neu N)所标记,显示出分化成为功能性神经元。而在共培养初期(2~4天),reeler微环境培养基中神经元分化和突起生长相对滞后。以上结果提示,在大脑微环境的诱导下,i PSCs和BMSCs可以向神经元样细胞,甚至向功能性神经元分化,Reelin蛋白参与了细胞极性化过程,而Reelin缺乏可造成神经细胞极性紊乱,延迟神经元分化及突起生长。     

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。     

人诱导多能干细胞分化为心肌细胞关键基因的生物信息学分析

利用生物信息学分析的方法筛选人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, i PSCs)向心肌细胞分化的关键基因。收集GEO (Gene Expression Omnibus)数据库中关于人i PSCs向心肌细胞分化的高通量测序数据,包含i PSCs向心肌细胞分化的4个阶段的样本数据,分别是未分化的i PSCs (D0)、中胚层细胞(D2)、早期心肌细胞(D7)和心肌细胞(D14)。应用R包分析D0、D2、D7和D14样品之间的差异表达基因,并对差异表达基因进行功能和信号通路分析;构建差异表达基因的蛋白质-蛋白质互作(protein-protein interaction, PPI)网络;应用R包加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)对共表达的基因进行聚类,并将其划分为不同的基因模块;使用Cytoscape软件对重要基因模块的互作网络进行可视化和富集分析。结果显示, D0、D2、D7和D14样品之间的差异表达基因总共达917个,基于PPI网络筛选到的前10个基因...     

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。     

诱导型多能干细胞iPSc研究现状及其移植治疗帕金森综合症应用前景

诱导多能干细胞(i PS细胞)在小鼠和人上的成功获取,使干细胞领域的研究进入了一个崭新的时代。干细胞研究是再生医学的重要组成部分,研究干细胞的最终目的是应用干细胞治疗疾病,其在疾病模型建立、药物筛选、细胞移植等方面具有极大的应用潜力。i PSCs是由体细胞诱导分化而成的"多能细胞",具备和胚胎干细胞类似的功能,既解决了ESCs的伦理障碍,又为ESCs的获得提供了一条全新的途径,具有重要的理论和应用价值。i PS细胞不仅打破了道德理论的束缚,而且在再生医学、组织工程和药物发现及评价等方面具有积极的价值。神经系统遗传性疾病发病率居各系统遗传病之首,但其发病的分子机制仍不完全清楚,运用体细胞重编程技术建立的疾病特异性诱导多能干细胞模型将有助于揭示神经系统遗传性疾病的发病机理。近几年i PS细胞最新研究成果表明,利用疾病患者i PS细胞模型已逐渐应用于帕金森氏病、老年性痴呆症、脊髓侧索硬化症、脊髓肌肉萎缩症及舞蹈症等5种常见神经性退行性疾病发病机理的研究。本文主要对i PSc的发展历程,避免病毒基因干扰诱导i PS细胞进行的优化,以及干细胞尤其是i PS细胞移植治疗帕金森病等神经系统疾病的现状及应用前景进行系统阐述与论证。     

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.     

有蹄类家畜诱导多能性干细胞(iPSCs)研究进展

当今,学者已经在啮齿类和灵长类动物中建立了胚胎干细胞系,然而在有蹄类家畜中还没有获得成功。诱导重编程技术的建立为再生医学的快速发展以及农业动物繁育技术体系的革新提供了重要的技术支持,也为获得有蹄类家畜多能干细胞提供了新的思路和方法。目前,虽然在猪、牛、绵羊、山羊和马中都获得了诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs),但是其在体外培养及细胞特性等方面与啮齿类和灵长类i PSCs还有较大差距。该文主要对有蹄类家畜i PSCs研究的现状、存在的问题及解决思路进行系统综述,为进一步推进有蹄类家畜i PSCs的研究提供理论支持。