【活动】[专题]诱导性多能干细胞(iPS)和细胞重编程(reprogram)

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【活动】[专题]诱导性多能干细胞(iPS)和细胞重编程(reprogram) [精华]

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2008-06-11 12:32

iPS是诱导性多功能干细胞（induced pluripotent stem cell）的英文简称。2007年,美国和日本的科学家分别报告,通过四种转录因子,可将人体皮肤细胞培育成具有胚胎干细胞“性能”的诱导性多能干(iPS)细胞。目前，这是干细胞领域最为前沿的研究方向，解决了胚胎干细胞研究所面临的伦理问题，并为治疗疾病提供了新的方法。这也是细胞重编程(reprogram)方面的一个重大进展。欢迎各位站友积极进行讨论，最好贴出文献，可以是对其发展的一个总体感想，也可以是对其技术上个别问题的探讨，只要言之有物，即可相应加分。

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• 北京朝阳妇幼医院招聘。

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2008-06-11 12:34

1. Generation of germline competent induced pluripoten stem cells nature 2007
2. In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state nature 2007
3. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors cell 2006

另外，在2007年7月首刊的cell stem cell 发表了两片相关文章：
1. Directly Reprogrammed Fibroblasts Show Global Epigenetic Remodeling and Widespread Tissue Contribution. Cell Stem Cell, Vol 1, 55-70, 07 June 2007
2. Strategies and New Developments in the Generation of Patient-Specific Pluripotent Stem Cells. Cell Stem Cell, Vol 1, 39-49, 07 June 2007 review
来自美国和日本的三个独立科研小组6月6日报告说，对正常小鼠细胞进行基因重组改造，能够成功制造出“胚胎干细胞”。这项研究由美国哈佛干细胞研究所、怀特黑德生物医学研究所和日本京都大学三个机构的研究人员共同完成。相关研究结果已刊登在新创刊的《细胞·干细胞》杂志和《自然》杂志网站上。

成纤维细胞可以转化为“万能细胞” 　　

　　美国纽约哥伦比亚大学教授阿沙·阿比利奥说：“这是胚胎干细胞历史上的一项让人激动的成果。研究成果非常可信。”

如果这一实验能够在人类身上试验成功，就将回避长期以来围绕人类胚胎使用问题的政治和伦理争论，因此被认为是干细胞研究领域的一项重大突破。

早在去年，日本京都大学的Shinya　Yamanaka就做了相关的研究。他发现，将一种与胚胎干细胞多能性相关的四基因联合体导入到小鼠尾部细胞中时，这些细胞能够具有类似于胚胎干细胞的性质。

这次试验的原理是把老鼠的一种皮肤细胞“纤维原细胞”进行逐渐分离，最后得出新的细胞形态。他们使用一种滤过性病毒载体，将四种转录子的基因副本，即Oct4，Sox2，c-Myc，和Klf4导入正常小鼠细胞内。因为重组率只有千分之一，所以研究人员需要剔除无用的细胞。

那些被选出的重组细胞被称为多能性引诱干细胞（iPS），它们似乎与胚胎干细胞具有着相同的特征。为了验证这一点，研究人员用荧光染料标记了iPS细胞，并把它们注入了小鼠的早期晶胚中，结果发现，这些晶胚能够成功发育为正常的小鼠，其中一些甚至整个身体都存在着衍生的iPS细胞。这一技术有望使科学家摆脱了对卵子和晶胚的依赖，也为未来干细胞用于个体治疗带来了希望。

不过，研究者发现，最初制成的 iPS细胞与被誉为“万能细胞”的胚胎干细胞还存在很大差异，美、日三个科研小组随后在此基础上展开了一系列改进实验。最终，他们各自都研制出了与胚胎干细胞几乎完全相同的iPS细胞，它也可以分化成不同类型的组织细胞，甚至还能培育出活的老鼠。

回避伦理争议

胚胎干细胞被誉为“万能细胞”，但一直以来，获取人体胚胎干细胞必须摧毁胚胎，这一点颇受非议。美国总统布什就一再阻止将联邦资金用于这类研究的法案。

科学界一直希望找到一种方法，将普通人体细胞的基因重新编排，使其具有干细胞功能，完全避免使用胚胎。如果人类细胞如此，这样的手法可能导致重大医疗突破，不仅不涉及使用胚胎引发的道德争议，而且由于细胞源自受体，所以病人接受了所培植的器官后，将不会出现排斥现象。

　　如果与克隆技术相结合，胚胎干细胞便可发展成遗传特征与病人完全吻合的细胞、组织或器官，以前器官移植治疗方法中经常出现的排异反应问题因此得到了彻底解决，血细胞、脑细胞、骨骼和内脏等都将可以更换，白血病、帕金森氏症、心脏病等顽疾也有望得到有效治疗与治愈。

　　但一直以来，如果想要获得人类胚胎干细胞，就必须损坏人类胚胎，这一点颇受非议。科学界一直希望找到一种方法，能够不损坏胚胎提取干细胞或者找到胚胎干细胞的替代品，这次的实验就是一个有益的尝试。如果在人类身上也能取得成功，就不必再为治疗目的损坏人类胚胎，那么长期以来围绕这一问题的伦理争论和医学政策就将不存在了。

　　美国天主教主教会议的德夫林格表示：“这正是我们希望人们去探索的领域，它能在不引起任何道德问题的情况下获得胚胎干细胞带来的所有好处。我很受鼓舞。”不过，参与研究的哈佛干细胞研究所的康拉德·霍切林格说，他们的工作不是为了避开伦理问题，而是为了试验细胞基因重排技术。

取代传统体细胞核移植

这项发现的另一个重要意义是能够取代再程序化细胞的传统方法——体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer，SCNT）。SCNT有时称作“治疗性克隆”，在人类细胞中一直未取得成功。不过，上述研究的负责人之一、哈佛干细胞研究所的霍切林格说，这并不意味着现在就可以放弃人类胚胎干细胞研究。

20％产生肿瘤

另外，京都大学的研究结果也揭示了基因改造对以实验鼠为对象的iPS细胞技术的“副作用”——这种特殊老鼠的121只老鼠后代中，有20％产生了肿瘤。这一缺憾说明，使用逆转录病毒能引发致癌基因的活性。如果应用到人身上同样可能诱发癌症，因此必须找到一种可行的办法解决这一潜在障碍。　
　　
哈佛干细胞研究人员Chad Cowan说，这三份研究令人信服地描绘了重组过程。不过，Yamanaka在研究中揭示了基因改造对这种特殊老鼠的后代的“副作用”——在121只老鼠中，有20%产生了肿瘤。Yamanaka说，这说明了使用逆转录病毒的危险性，因为它能引发致癌基因的活性。这一缺憾表明，人类距离应用重组的成熟细胞进行疾病治疗还有很长的路要走。

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• 【讨论】反复胸闷、气短10个月余,加重伴不能平卧4个月

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相关文献3

l lines derived from human somatic cells.part2.rar (475.27k)

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• 【公告】卫生部关于修订《医师资格考试暂行办法》第三十四条的通知

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2008-06-11 12:44

诱导性多能干细胞用于治疗小鼠帕金森病
美国麻省Whitehead生物医学研究的Wernig等近日报告,通过Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc四种转录因子诱导出的iPS细胞可分化成神经细胞,可改善帕金森病小鼠的运动功能。
iPS细胞可分化成多种神经细胞
研究者首先检验了iPS细胞在体外的分化能力,发现iPS细胞可以分化成神经元细胞和神经胶质细胞,并且能够进一步生成神经元亚型细胞(图1a和图1b)。随后,研究者用荧光物质标记iPS细胞,将其入注射入胚胎小鼠的脑室内。9周后(小鼠出生后),研究者发现,iPS细胞可迁移到小鼠脑的各个区域,包括脑膜、纹状体、下丘脑、中脑等部分,并且可分化成神经胶质细胞和神经元(图2),包括谷氨酸性突触、γ氨基丁酸能神经元和儿茶氨酚能神经元等亚型,因为这些分化出的细胞具有神经细胞的形态(图3a),并且表达其特异的标志物(图3b)。电生理记录和形态学分析表明,iPS细胞分化出的神经元细胞植入小鼠体内后,具有神经元和突触的形态,参与小鼠的电生理活动(图4),因而可增强受植小鼠大脑的神经元活性并参与脑功能。
iPS细胞可修复大脑运动控制区域损伤
随后研究者在帕金森病小鼠模型中检验了iPS细胞的治疗作用。研究者对小鼠大脑一侧注射神经毒性物质6-羟基多巴胺,使该侧内产生神经递质多巴胺的神经元死亡。这可破坏该侧大脑纹状体,即大脑中负责运动控制的区域,模拟了帕金森病发生时的情况。经过这样处理的小鼠运动控制功能受损,因为无法保持平衡而持续旋转。
研究者对iPS细胞进行特殊处理,确保这些iPS分化成为多巴胺能神经元,将其植入小鼠大脑运动功能受损的一侧(接受6-羟基多巴胺注射的一侧)。几周后研究者发现,10只受移植的小鼠中有9只的运动功能得到显著改善(图5),其中甚至有1只小鼠受损侧的运动功能好于未受损侧。
诱导性多能干细胞用于治疗人类疾病?
研究者之一、美国麻省理工大学的Jaenisch教授表示,利用患者体细胞为原材料,培育出iPS细胞用于治疗该患者的疾病,将能避免移植排斥问题。因此,这一理念具有极大的临床应用潜力,但仍有一些问题。例如,人帕金森病的发病机制复杂,科学家尚未在小鼠中完全模拟帕金森病的情况。用于将转录因子“导入”细胞的逆转录病毒本身有致癌作用。在实验中,研究者发现,未分化成神经细胞的iPS细胞可能导致畸胎瘤的发生。在将iPS细胞疗法应用于人类之前,科学家必须解决上述问题。

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• 【公告】2009年医师资格考试的新大纲

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2008-06-11 12:46

iPS细胞因制作法不同而产生性能差异

日本庆应大学教授冈野荣之11日在京都举行的诱导多功能干细胞（iPS细胞）国际研讨会上报告说，iPS细胞制作法的细微差异就可使其性能发生变化。

利用皮肤细胞改造成的iPS细胞有时也被称为“皮肤干细胞”。种干细胞具有可以和胚胎干细胞相媲美的功能，却绕开了胚胎干细胞研究面临的伦理等争议，因此前景被普遍看好。

据日本共同社12日报道，冈野荣之所说的制作法的差异是指在从培养细胞中筛选出具有iPS细胞特征的细胞时，应用不同的基因作为标记。动物实验证实至少有两种基因可以用作筛选的标记，而且不论利用哪基因都可以培养出iPS细胞。

由于两种基因不同，导致采用它们培育实验鼠iPS细胞的方法也出现差别，从而使iPS细胞发育为神经细胞时，也出现差异。一种方法培育的iPS细胞能分化成脑部的3种神经细胞，而另一种方法培育的iPS细胞只能分化成两种脑神经细胞。

冈野荣之等人还进行了治疗实验鼠损伤脊髓的实验，发现由两种方法培育的实验鼠iPS细胞的医疗功能也有明显差异。业内人士认为，这项研究成果对提高iPS细胞的安全性有很大帮助

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• 【求助】paper

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2008-06-11 12:48

我国掌握并发展能使体细胞重编程为多能干细胞的iPS技术

近日，中科院广州生物医药与健康研究院华南干细胞与再生医学研究所在我国率先掌握并发展干细胞研究新技术，项成果11月6日在自然子刊《细胞研究》上发表并引起广泛的关注。

中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿小组率先在我国展开胚胎干细胞多能性维持与自我新机制研究，并在Oct4，Sox2， Nanog等转录因子在胚胎干细胞中的功能研究方面做出过一系列的工作。该小组的骨干成员秦大江等研究人员勇于探索，运用反转录病毒将Oct4，Sox2，Myc，和KLF4四因子导入未经遗传修改的小鼠成纤维细胞，并将该类细胞去分化与重编程为与胚胎干细胞相似特征的干细胞。该类细胞具备胚胎干细胞所具备的特征，在国际上称为iPS (induced pluripotent stem cell)干细胞，中文的直译为“诱导多能干细胞”。

据文献报道，这项技术首先由日本科学家2006年发明。最近，美日科学家利用类似技术将人的成体细胞转化为诱导多能干细胞。这些进展被认为是干细胞领域乃至整个生物学领域划时代的重大发现。除其在干细胞治疗与再生医学的应用价值外，也是人类揭示生物发育与疾病机制研究方法学上的突破，其前景广阔。

中科院广州生物研究院的这研究的创新点在于利用了未经修饰并且不带有选择标记的小鼠成体细胞，探索出了直接运用iPS 技术的新途径，并获取了近千分之三左右的高成功率。由于iPS技术还处于早期研发阶段，该技术的掌握与进一步创新将提升我国在该领域的研究水平。

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• 【原创】哪位知道阜外医院最新人事变动情况

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2008-06-11 12:50

iPS中多能标记物的表达顺序

对于动物而言，正在发育的一部分胚能表现出形成不同形态的能力，此外已经具有一定形态和机能的细胞也可以在内外条件发生变化的情况下表现出其它不同形态，种现象称为多能性（pluripotency）。在已分化的鼠类及人类细胞中，能通过转录因子（transcription factor）Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc的逆转录转导（retroviral transduction）来实现多能性的诱导。

在2008年2月7日出版的《细胞?干细胞》（Cell Stem Cell）上，来自美国的一组科学家发明了新技术，使得以上四种转录因子可以通过强力霉素诱导的慢病毒载体（doxycycline-inducible lentiviral vector）表达。利用这些可诱导构造，研究小组从鼠胚胎纤维原细胞（MEF）中得到了诱导多能干细胞（iPS），并且科学家发现，转基因沉默是正常的细胞分化的先决条件。

在研究中，科学家分析了小鼠诱导多能干细胞产生过程中，已知的多能标记物激活的时间，结果发现，碱性磷酸酶（alkaline phosphatase AP）首先被激活，接着是阶段性特异胚胎抗原1（stage specific embryonic antigen SSEA1）。而作为完全再分化细胞标志的Nanog和内生Oct4基因的表达则只在整过程的后期被观察到。重要的是，病毒逆转录的cDNA需要至少被表达12天，以产生iPS细胞。研究小组表示，他们的结果对于了解表观遗传修饰（epigenetic reprogramming）的某些分子过程很重要

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• 【资源】EndNote.X2中文说明

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2008-06-11 12:53

美科学家将成熟B细胞重组成干细胞状态

完全成熟的已分化B细胞，在无需使用卵子的情况下，能被重组成准胚胎干细胞状态。项研究成果发表在4月18日《细胞》杂志上。

在先前研究中，多能干细胞（iPS）可由成纤维细胞创造出来，成纤维细胞是一种特殊类型的皮肤细胞，能分化成其他类型的皮肤细胞。由于无法分辨这些成纤维细胞是否已完全分化，先前实验中使用的细胞也许分化得比较少，因此容易转化为如同胚胎干细胞状态的iPS细胞。

B细胞是一种能与特定抗原结合的免疫细胞，特定抗原是指诸如来自细菌、病毒或微生物的蛋白。与成纤维细胞不同的是，成熟B细胞的DNA有特定的一部分在最终成熟阶段会被剔除。论文的第一作者，美国怀特黑德生物医学研究所鲁道夫?詹尼士实验室的博士后研究员雅克布?汉娜表示，那段DNA一旦被剔除，就无法再回来了。对基因组进行检查，就能给研究人员赋予一种方式来确定所产生的iPS细胞并非来自未成熟的细胞。

汉娜等人通过从成熟B细胞产生iPS细胞开始实验。利用类似于以成纤维细胞制造iPS细胞的方法，研究人员使用反转录病毒将4基因（Oct4、Sox2、c-Myc与Klf4）转移至细胞的DNA中，成功地将成熟B细胞重组为iPS细胞。不过，研究人员还使用了另外一个因子CCATT/增强子结合蛋白（C/EBPα），来刺激成熟B细胞能被重组为如iPS般的细胞。

与先前成纤维细胞研究而来的iPS细胞一样，来自成熟与非成熟B细胞的iPS细胞能用来制造老鼠。这些来自重组成熟B细胞的老鼠，同成熟B细胞一样缺失了相同部分的DNA，这证明汉娜等人已成功地重组了已完全分化的细胞。

除了证明重组的威力之外，该项研究也为诸如多发性硬化症与Ⅰ型糖尿病等自身免疫疾病提供了功能强大的新的老鼠模型。例如，神经细胞专有的成熟B细胞或T细胞???神经胶质细胞，可重组成iPS细胞，然后用于制造整个免疫系统主要只攻击神经胶质细胞的老鼠，从而为多发性硬化症的研究创造出一种老鼠模型。

詹尼士预言，研究人员最终将能通过类似的方法用人类细胞来研究疾病。原则上，这使得研究人员可将复杂的人类遗传疾病转移到培养皿上来进行研究，这将可能是分析疾病并确定疗法的第一步。

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• 【公告】卫生部关于修订《医师资格考试暂行办法》第三十四条的通知

franca2008

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2008-06-12 12:50

总结得很好，近几年的方向都说到了

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2008-08-02 13:30

据7月31日的《科学》（Science）杂志报道说，研究人员朝着应用诱导多能干细胞（或称“iPS”细胞）来治疗疾病的目标又迈出了重要的一步。研究人员从来自2位罹患肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）这种神经退行性病变的老年病人的皮肤采样中制造出了iPS。而且，他们用这些iPS 细胞发展出了看来像是健康的运动神经元细胞。较早的研究显示，iPS 细胞就像是多能胚胎干细胞那样可以演变为多种类型的细胞，而这些iPS 可以从健康的捐赠者的细胞中产生。但是，这种技术是否也适用于来自罹患慢性疾病的老年人则仍然是一个悬而未决的问题。

John Dimos 及其同事开始对来自两位罹患遗传形式的ALS 病患的皮肤细胞进行实验，并通过加入四种基因将这些细胞转变回iPS 细胞，而这四种基因是研究人员先前用来将细胞程序进行重新设定使其演变为iPS 状态的基因。接着，研究人员将来自其中一名病患的iPS 细胞沉浸在多种信号分子中，设法使这些细胞成为看上去像是运动神经元的细胞，而运动神经元是在ALS 中遭损害的细胞。这一做法的终极希望是：用像这样的iPS 来制造在遗传上相匹配的健康细胞，并用其取代病变的细胞。但是，在将这种方法安全地用于人身上之前，仍然还有重大的障碍需要克服。与此同时，病患特异性的iPS 细胞将是研究ALS 样疾病发生机理的重要工具。在大多数的情况下，ALS是遗传与环境因子间复杂的相互作用的结果，这使得在细胞培养中来研究这种疾病变得非常困难。但是，来自有遗传变异（这些变异使得变异基因携带者容易罹患该种疾病）的病人的iPS 细胞则恰好携带着个体病人中与该疾病有关的“众多”的遗传信息。（来源：EurekAlert）

（《科学》（Science），DOI: 10.1126/science.1158799，John T. Dimos，Kevin Eggan）

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