诱导性多能干细胞最新研究进展（二）
时间：2017-09-07
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干细胞是人体内一种尚未分化的细胞，根据分化阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞的活性极强，是最终演化成人体的干细胞。科学实验证实干细胞可应用于疾病治疗时，胚胎干细胞的伦理道德性受到极大争议，因此需要其他细胞代替，诱导性多能干细胞（iPS细胞）应运而生。
干细胞是人体内一种尚未分化的细胞，根据分化阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞的活性极强，是最终演化成人体的干细胞。科学实验证实干细胞可应用于疾病治疗时，胚胎干细胞的伦理道德性受到极大争议，因此需要其他细胞代替，诱导性多能干细胞（iPS细胞）应运而生。
2007年11月，由中国科学家俞君英领衔的Thompson实验室和山中伸弥实验室几乎同时报道，成功地诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样的iPS细胞，所不同的是日本实验室依然采用了用逆转录病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四种因子组合，而Thompson实验室采用了以慢病毒载体引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28这种因子组合。
相比于胚胎干细胞，iPS细胞不会产生伦理问题，而且利用宿主自身的成体细胞（如皮肤细胞、血细胞等）经重编程变成iPS细胞，将它们移植回相同个体，应该有可能不会引发免疫反应，此外iPS细胞非常适合用来构建疾病模型，不过将iPS细胞用于治疗时也有风险：让iPS细胞移植到体内时有可能会产生肿瘤。
6.Nature：重大突破！科学家利用人类iPS细胞重建眼部角膜组织功能
近日，刊登于国际杂志Nature上的一项研究报告中，来自大阪大学医学院的科学家们通过研究开发了一种2D培养系统，该系统可以通过促进人类诱导多能干细胞（iPS细胞）的自发分化来模拟整个眼睛的发育过程。
过去研究中，研究者仅仅描述了一种特殊技术可以产生眼睛后部分，即视网膜、视网膜色素上皮细胞等；而本文中研究者开发的这种新技术能够同时产生眼睛的前部分（角质层和晶状体等）和后部分（视网膜和视网膜色素上皮细胞等），而这项研究发现属世界首次。
本文研究中，研究者开发的新型培养系统可以利用人类iPS细胞来产生一种2维的结构，这种结构是一种自发形成的外胚层多重区域（SEAM），其包括4个细胞的同心区；在发育期间组成眼睛的大部分群体细胞都是在SEAM的特殊位置形成的，比如角膜上皮细胞、视网膜细胞以及晶状体的上皮细胞等。
本文研究中，研究者从SEAM的第三个区域中成功分离到了角膜上皮祖细胞，从而成功地制造出了功能性的角膜上皮组织。同时研究者通过将其移植到动物模型中进行研究，证实了人类iPS细胞形成的角膜上皮组织的治疗效力。
7.PNAS：科学家证实：诱导多能干细胞并不会增加遗传突变发生的概率
尽管存在巨大潜力，但在医学和药物研究中科学家们依然非常谨慎且缓慢地使用诱导多能干细胞（iPSCs），因为这些细胞非常易于增加机体遗传突变的数量。近日，一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中，来自美国国家基因组研究所（National Human Genome Research Institute）的研究人员通过研究表示，相比亚克隆复制的细胞而言，iPSCs似乎并不太会产生过多突变，亚克隆化是一种特殊的技术，即对单一细胞进行单独培养，随后让其生长成为细胞系，这种技术类似于制造iPSCs的过程，但其能够排除掉未利用重编程因子进行处理且容易产生突变的亚克隆细胞。
研究者Pu Paul Liu博士表示，这项新技术最终或将改变医生对患者疾病的治疗手段，同时本文研究表明，利用iPSCs的安全性问题似乎并不会阻碍研究的进行。文章中研究人员对两组所捐献的细胞进行了检测，其中一组细胞来自健康个体，另外一组细胞则来自患家族性血小板障碍的患者机体中，利用来自相同捐赠者的皮肤细胞进行研究，研究人员就利用iPSCs和亚克隆技术开发出了在遗传特性上相同的细胞拷贝，随后研究人员对皮肤细胞、iPSCs以及亚克隆细胞的DNA进行测序，并且确定这些细胞的突变会以相同的速度发生。
研究者在iPSCs和亚克隆细胞中发现的大多数遗传突变都是来自亲本皮肤细胞中的罕见遗传突变。而且相关研究结果表明，iPSCs中的大多数突变并不会在重编程或者iPSC产生的过程中产生，这就为研究人员提供了一定证据来表明，iPSCs是非常稳定的，而且其在基础和临床研究中能够安全使用。
8.Nat Biotechnol：重磅！老化会增加诱导多能干细胞的DNA突变频率
在很大程度上，老化过程对极具治疗潜力的干细胞并不友好，日前，一项刊登在国际杂志Nature Biotechnology上的一篇研究报告中，斯克里普斯转化科学研究所等机构的研究人员通过研究老化对诱导多能干细胞(iPSCs)的影响，结果发现，随着干细胞供体年龄增加，其干细胞中遗传突变的水平也会增加。
这项研究就强调了在利用iPSCs进行治疗前，应当对iPSCs携带的有害DNA突变进行及时严格地筛选；研究者Torkamani说道，随着细胞分裂就会有突变发生，随着时间不断延续，这些突变风险就会不断增加，我们研究发现，在年龄较大的供体机体中其iPSCs中往往携带突变的风险较高。而且供体在其80岁时机体iPSCs中蛋白编码基因含有的突变是其20岁时突变的2倍。
这样研究者就可以做出一种随着年龄增长的可预测线性跟踪，但很不幸的是，90岁及以上供体机体血细胞中的iPSCs所含有的突变远比科学家们预测的要少很多，实际上，这些年长者机体中的干细胞携带的突变数量同二分之一至三分之二的年龄供体机体iPSCs携带的突变一样；研究者认为这或许是因为老年人机体血液干细胞的突变较少或许是因为随着年龄增长其细胞分裂频率降低而致。
医学博士Eric Topol说道，利用基于iPSCs的疗法目前在日本开始应用于治疗年龄相关的老年性黄斑退化症，因此深入理解老化对这些干细胞的影响对于后期开发基于干细胞的疾病治疗手段显得非常关键。研究者表示，在iPSCs中鉴别出的336个不同的突变中，有24个都是位于基因中的突变，一旦其功能异常就会损伤细胞的功能并且诱发肿瘤生长。
9.Cell Rep:移除“书签”为获得诱导多能干细胞铺平道路
近日，来自美国阿拉巴马大学的研究人员在国际学术期刊Cell Reports上发表了一项最新研究进展，他们找到利用化合物促进体细胞重编程获得诱导多能干细胞的新方法。
在这项研究中，研究人员找到了一种新策略，他们利用小分子化合物干扰体细胞的转录记忆帮助体细胞重编程获得多能干性。研究人员发现靶向BET家族蛋白乙酰赖氨酸结合口袋的小分子化合物能够大大增强重编程过程。更进一步研究表明小分子化合物靶向BET的bromodomains能够下调或关闭成纤维细胞的体细胞基因表达，还会在重编程早期阶段导致成纤维细胞形态丧失。
研究人员提出了一个用于解释实验结果的模型：在正常的细胞分裂过程中，活跃的成纤维细胞基因在有丝分裂时期因为BET蛋白与乙酰化的染色质结合被打上标签，而RNA 聚合酶II则从染色质上脱落。在细胞分裂间期开始的时候，这些标签会指导聚合酶回到需要转录的基因上，随后开始基因的转录。而加入化合物抑制剂之后，因小分子化合物与BET蛋白的结合，在有丝分裂阶段活跃的成纤维细胞基因被去掉标签，这会导致成纤维细胞相关基因的表观遗传记忆被清除，当重新进入细胞分裂间期，与成纤维细胞有关的基因转录无法启动，增强了体细胞重编程变为诱导多能干细胞的能力。
10.Cell Stem Cell：原始细胞类型或并不会影响诱导多能干细胞分化为血液细胞
将细胞重编程为血液细胞的效力被认为依赖于原始细胞的类型及重编程的方法，近日刊登于国际杂志Cell Stem Cell上的一项研究报告中，来自日本京都大学iPS细胞研究所(CiRA)的研究人员通过研究表示，这种假设实际上是表观遗传效应的结果，这也就表明，生成细胞（原始细胞）和重编程方法对于血液制造是可行的。
细胞重编程包括利用一种类型的细胞来制造另一种类型的细胞，从理论上来讲，所有的细胞都能够被重编程，但有研究证据表明，原始细胞可以影响其被重编程后形成的细胞类型；但一般情况下，原始细胞可以从供体机体中很容易获得，并且作为四种类型细胞中的一种，即成纤维细胞、角化细胞、外围和脐带血及牙髓细胞；全世界的实验室目前都能够利用不同的原始细胞来制造诱导多能干细胞系（iPS细胞系），而原始细胞的潜在影响往往对于再生医学及其它应用具有深远的意义，研究者认为，我们应当根据所要得到的细胞类型来选择不同的细胞系。
另外一个促进iPS细胞系分化效率的主要因素就是制造iPS细胞的方法，目前很多方法可用，但研究者表示，最常见的方法还是反转录病毒、游离型质粒及仙台病毒方法；血液是由扮演多种功能的多种类型细胞组成的群体，其中包括携带氧气、伤口愈合、抵御感染等，然而临床级别血液的产生依然是重编程研究领域的主要目标，为了调查在细胞分化过程中原始细胞转变成为造血细胞的贡献，研究者Yoshida的实验室利用原始细胞及多种重编程的方法对iPS细胞系进行了深入的调查。
有意思的是，研究者发现，上述所有的因素都并不会产生明显的效应，相反，特定基因的表达和DNA甲基化就可以作为指示原始细胞被转化成为造血细胞系效率较好的指示器，研究者Masatoshi Nishizawa说道，我们发现，IFG2基因可以标记重编程为造血细胞的开始阶段，而且生长激素IFG2（胰岛素样生长因子2）的高表达往往可以指示iPS细胞开始转化成为造血细胞，尽管IGF2本身和造血作用并不直接相关，但其摄入往往和基因表达增加直接相关。