以細(xì)胞融合為基礎(chǔ)的重組體細(xì)胞分化為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的研究進(jìn)展

王 帥

遼寧省遼陽市第三人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，遼寧遼陽 111000

以細(xì)胞融合為基礎(chǔ)的重組體細(xì)胞分化為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞的研究進(jìn)展

王 帥

遼寧省遼陽市第三人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，遼寧遼陽 111000

多能細(xì)胞是起源于哺乳動物的內(nèi)部細(xì)胞團(tuán)，它可以通過一定順序的分化過程最終產(chǎn)生類似于成人某一種組織。盡管經(jīng)過數(shù)十年的研究，決定細(xì)胞分化方向的的機(jī)制一直沒有揭開。包括核轉(zhuǎn)移、提供多個轉(zhuǎn)錄因子的“雞尾酒方案”以及細(xì)胞融合等多種實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)驗(yàn)證了重組體細(xì)胞可以分化為誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞。在此筆者綜述了以細(xì)胞融合為基礎(chǔ)的重組體細(xì)胞并使之具有多能性的特點(diǎn)。

多能細(xì)胞；重組；多能性；研究進(jìn)展

誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 （induced pluripotent stem cells，iPSCs）首先是由2006年8月，日本Yamanaka研究小組向小鼠成纖維細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入4種轉(zhuǎn)錄因子基因 （Oct4、Sox 2、c-My c和Klf4），成功地將其重組為胚胎干細(xì)胞樣iPSCs。iPSCs可定向誘導(dǎo)分化出多種體細(xì)胞，因此iPSCs在理論研究和臨床應(yīng)用等方面都極具應(yīng)用價(jià)值[1]。在最初的研究中，人們通常利用逆轉(zhuǎn)錄病毒為載體將轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入分化細(xì)胞并形成iPSCs，此后人們又先后應(yīng)用腺病毒、質(zhì)粒轉(zhuǎn)染等方法誘導(dǎo)形成iPSCs[2]。但是，通過細(xì)胞融合的方法形成的iPSCs較少有報(bào)道。本文綜述了以細(xì)胞融合為基礎(chǔ)的重組體細(xì)胞并使之分化為iPSCs特征。

1 由細(xì)胞融合產(chǎn)生的短暫的異核體和穩(wěn)定的雜交

早在50年前的實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)證明不同種類的細(xì)胞能夠進(jìn)行雜交融合。其中包括使用滅活的Sendai病毒方法、聚乙烯乙二醇的化學(xué)方法以及電脈沖等方式促進(jìn)其雜交。同種或者不同類型的細(xì)胞可以通過雜交形成異核體細(xì)胞，即雖然細(xì)胞能共用單一細(xì)胞的細(xì)胞基質(zhì)，但是卻有各自的親代的細(xì)胞核在其中。在很多情況下，這種二倍核體包括了新形成的異核體融合并最終導(dǎo)致穩(wěn)定的雜交細(xì)胞形成。這種細(xì)胞的最大優(yōu)勢就是在于可以應(yīng)用種系間的異核體和雜交途徑在單細(xì)胞水平分析的譜系重組，同時體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移為研究細(xì)胞重組提供了有利條件。在這一點(diǎn)上，iPSCs徹底改變了干細(xì)胞生物學(xué)，它通過細(xì)胞融合方式產(chǎn)生的重組克隆具有胚胎干細(xì)胞的特征即可以經(jīng)分化誘導(dǎo)為體細(xì)胞和自我復(fù)制的特點(diǎn)[3]。

2 重組后產(chǎn)生的“多能性”

早在1976年Miller和Ruddle就發(fā)現(xiàn)胚胎癌細(xì)胞和胸腺細(xì)胞產(chǎn)生的雜交細(xì)胞具有一種“多能的狀態(tài)”。這種狀態(tài)是一種功能上的保護(hù)狀態(tài)，它可以使雜交細(xì)胞最終分化成為來源于3個不同胚層的多種細(xì)胞?，F(xiàn)在研究表明在染色體水平，雜交細(xì)胞具有多能細(xì)胞的特點(diǎn)，例如端粒長度增加、端粒酶的活化、異染色質(zhì)的重新分布[4]。在融合鼠胚胎干細(xì)胞的體細(xì)胞經(jīng)過40～45 h后可以重新表達(dá)帶有Oct-4基因，這種基因存在于體細(xì)胞中但是為非報(bào)告基因[5]。與此類似的是，融合了鼠胚胎干細(xì)胞的人成纖維細(xì)胞和淋巴細(xì)胞也可以在24～30 h內(nèi)重新表達(dá) Oct4、Nanog、Cripto、Esrrb、Tle1 和 Rex1 轉(zhuǎn)錄基因[6-7]。最近的研究也證實(shí)，這種在體細(xì)胞中重新表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子的范圍與速度與染色體的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)在體細(xì)胞中出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子的在表達(dá)后，細(xì)胞就向iPSCs分化，使之具有“多能性”。

3 由異核體向可誘導(dǎo)多能細(xì)胞轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵問題

胚胎干細(xì)胞在融合了神經(jīng)干細(xì)胞或成纖維細(xì)胞后，雜交體通過Nanog基因啟動了重組過程，形成了具有多能性的細(xì)胞[8-10]。同時，Nanog基因的上調(diào)表達(dá)也導(dǎo)致胚胎干細(xì)胞樣的細(xì)胞增加。由此可見，Nanog基因的上調(diào)能夠有效的提高iPSCs產(chǎn)生[3]。

細(xì)胞融合也可以用來證明在重組過程那種轉(zhuǎn)錄因子對分化為多能干細(xì)胞起著重要的作用。例如在移除了Oct4和Sox2基因的胚胎干細(xì)胞中，經(jīng)細(xì)胞融合作用后就不具有分化為可誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞這一特點(diǎn)，由此可見上述兩種基因在細(xì)胞重組過程中發(fā)揮了重要的作用。同時這些研究也表明胚胎干細(xì)胞源性的Oct4基因是重組的必須基因，一旦缺少這些必須基因，重組體細(xì)胞的到多能干細(xì)胞的過程就不能發(fā)生。

4 細(xì)胞融合為基礎(chǔ)的重組未來的發(fā)展前景及應(yīng)用

細(xì)胞生物功能的確立和維系需要有正向和負(fù)向調(diào)控細(xì)胞因子、細(xì)胞周期、DNA復(fù)制等多種因素共同作用的結(jié)果。但通過骨骼肌細(xì)胞進(jìn)行的異核體重組實(shí)驗(yàn)表明對骨骼肌細(xì)胞起著決定作用的是骨骼肌與無核骨骼肌細(xì)胞的比例。而這些細(xì)胞分化比例卻直接受到例如MyoD和Mrf4等細(xì)胞因子的調(diào)控[11]。在這一領(lǐng)域中究竟是那種作用起著支配作用仍然是有爭議的，是否重組是單向的過程還是雙向可逆的互動過程，是否重組是2種或者更多種細(xì)胞共同作用形成的仍然是有待研究的[4]。但是，現(xiàn)在普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為細(xì)胞的分化、可能的增殖狀態(tài)可能會影響到重組的方向和重組的動力學(xué)。

但是，至今為止在細(xì)胞融合過程中DNA復(fù)制的重要性尚未明確。最近的一些對異核體細(xì)胞研究表明，應(yīng)用人類成纖維細(xì)胞重組還需要AID酶的參與。同時，一些文獻(xiàn)也報(bào)道細(xì)胞循環(huán)在決定重組成功的過程也起著巨大作用。爪蟾屬分裂m期的提取物能夠提高重組誘導(dǎo)為iPSCs的效率[12]。此外，一些shRNA基因庫和iRNA為基礎(chǔ)的研究也正在應(yīng)用于細(xì)胞重組的研究過程中。這些技術(shù)將會為以細(xì)胞融合為基礎(chǔ)的研究平臺提供新的方法和選擇。

綜上所述，通過多能干細(xì)胞與體細(xì)胞融合的方法產(chǎn)生iPSCs，其在技術(shù)、細(xì)胞來源、免疫排斥，尤其是倫理宗教和法律等方面規(guī)避了諸多的限制。而且iPSCs可來自患者自身，能解決免疫排斥問題。所以應(yīng)用細(xì)胞融合技術(shù)建立起來的iPSCs在組織工程學(xué)，再生醫(yī)學(xué)，細(xì)胞替代治療及藥物研發(fā)方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

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Reprogramme somatic cells into pluripotency by cellular fusion

WANG Shuai
Laboratory Department,the Third People's Hospital of Liaoyang City,Liaoning Province,Liaoyang 111000,China

Pluripotent cells arise within the inner cell mass of mammals and may reproduce all cell types of the adult organism through a process of ordered differentiation.Despite many years of researching,the mechanisms that guide cell fate choice unravelled.Reprogramming of somatic cells towards a pluripotent-like state can be achieved by several different experimental routes such as nuclear transfer,the supply of a defined cocktail of transcription factors,or by fusing somatic cells with a pluripotent stem cell partner.In this review we state some recent advances using cell fusion-based studies to better understand the basis of pluripotency.

Pluripotent cell;Reprogramming;Pluripotency;Research Progress

R329

A

1674-4721（2012）11（c）-0019-02

2012-08-17 本文編輯：郭靜娟）