诱导性多潜能干细胞_iPS cells_的研究进展

诱导性多潜能干细胞(iPS cells)的研究进展

学生：吴淑可元培学院学号：00646145

摘要：诱导性多能干细胞被誉为生命科学领域新的里程碑, 本文将通过iPS细胞的由来、研究概况、制备方法以及应用前景四个方面来简述iPS细胞的发展历程和应用前景。

关键词：iPS细胞、转录因子、小分子化合物

1.iPS细胞的由来

2007年11月，日本和美国科学家分别宣布独立发现将普通皮肤成纤维细胞转化为多潜能干细胞的方法，得到的干细胞称为诱导多能干细胞iPS（induced pluripotent stem cells）细胞。这项发现一方面解决了利用胚胎进行干细胞研究在伦理、宗教和法律等诸多限制，另一方面也使得干细胞的研究来源更方便且制备相对简单易行，故iPS细胞一经问世，即在生命科学领域引起了一次轰动，被誉为生命科学领域新的里程碑。简单来说，iPS细胞就是借助基因导入技术将某些特定因子导入动物或人的体细胞，同时可选择性地在培养液中加入特定的小分子物质，即可将体细胞重编程为多潜能干细胞，这类细胞在克隆形态、生长特性、表面标志物、基因表达模式、表观遗传学特征、拟胚体(embryoidbodies，EBs)形成、畸胎瘤(teratoma)形成和嵌合体(chimeras)形成(针对小鼠)等方面与ES 细胞非常相似[1]。

2. iPS 细胞的研究概况

2006年8月，Yamanaka小组确定最少有4 种转录因子组合——Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4即可将成纤维细胞重编程为iPS细胞[2]。次年11～12月，该小组和Thomson小组先后将人的体细胞重编程为iPS细胞[3.4]。

2007年12月，Jaenisch小组用iPS细胞来源的造血前体细胞成功治疗镰状红细胞贫血，从理论和实践上为人类单基因遗传病治疗奠定基础，次年4月，该小组证实鼠iPS细胞来源的多巴胺能神经元移植进帕金森病大鼠脑内，可有效缓解其症状和改善其行为, 说明iPS对复杂疾病治疗的可能性[5]。

2008年4月，美国加利福尼亚大学科学家报告称，他们将实验鼠皮肤细胞改造成iPS细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。

2009年2月，日本东京大学科学家宣布，成功利用人类皮肤细胞制成的iPS细胞培育出血小板，而且从技术上说用iPS细胞培育人类红细胞和白细胞都是可能的；紧接着，日本庆应大学科学家又宣布，成功用实验鼠的iPS细胞培育出鼠角膜上皮细胞。同年3月，iPS细胞研究便相继迎来两项重大突破。英国和加拿大科学家发现了不借助病毒、安全将普通皮肤细胞转化为iPS细胞的方法；美国科学家则宣布，他们可以将iPS细胞中因iPS转化需要而植入的有害基因移除，保证获得的神经元细胞的基本功能不受影响。同时美国研究人员宣布，他们可以通过蛋白质，而非任何核酸材料，将普通皮肤细胞转化为iPS细胞。紧接着，2009年4月，美国科学家首次对遗传疾病Fanconi 贫血症患者皮肤细胞中的基因缺陷进行了修补，进而将这些组织转化成了能扭转疾患病情的干细胞，从而在基因重组过程中，制造出了无遗传缺陷、功能强大的诱导多功能干细胞（iPS细胞），并再次定向诱导分化出纠正患者遗传性贫血所需的健康血液细胞。

2009年6月，日本iPS之父证明了不同细胞来源的iPS具有不同的致瘤性。同时鉴于目前iPS诱导效率太低，提出了iPS诱导的种质模型和随机模型加以探讨。

2009年7月，iPS细胞研究在临床应用道路上又迈出非常重要的一步。据《自然》和《细胞：干细胞》杂志报道，中国上海和北京两个科学团队分别利用iPS细胞克隆出活体实验鼠，首次证明iPS细胞与胚胎干细胞一样具有全能性。该成果让人们看到了iPS细胞具有实用性。

(https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html,/society/2009-07/24/content_11766251.htm)

3. iPS 细胞的制备方法

目前，iPS细胞制备流程如下。简言之：a．分离和培养宿主细胞；b．通过病毒(逆转录病毒、慢病毒或腺病毒) 介导的方式将外源基因导入宿主细胞；c．将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上，并于ES 细胞专用培养体系中培养，同时在培养液中根据需要加入相应的小分子物质( 如Wnt3a、5-AZA、BIX-01294、VPA、TSA等)以促进

重编程；d．数天后，出现ES 克隆样的克隆；e．在细胞形态、基因表达谱、表观遗传学、畸胎瘤形成和体外分化等方面对这些克隆进行鉴定。一般情况下，体细胞重编程为iPS细胞所需转录因子组合，需根据体细胞种类及其相应转录因子表达水平或额外加入的小分子化合物加以灵活选择。选用合适的小分子化合物，不仅可以大幅度提高重编程效率，并且能减少转录因子使用个数[1]。

通过逆转录病毒、慢病毒和腺病毒介导的方式均可将转录因子基因导入体细胞而获得iPS 细胞。逆转录病毒和慢病毒介导的转基因方式使病毒载体整合进宿主基因组，实现转基因稳定表达，但这两种转基因方式容易激活致癌基因，获得的iPS 细胞或具有毒害副作用。Hochedlinger 小组和Y amanaka 小组先后通过腺病毒将转录因子基因导入体细胞，瞬时表达这些转录因子而获得了无毒害副作用的或无病毒载体整合的iPS细胞，因为这种基因导入方式一般不会使病毒载体整合进宿主基因组中，有望成为临床应用的比较安全的方法[3,6]。

以病毒作为载体导入外源基因会使细胞发生遗传修饰，带有潜在的危险性，同时操作起来比较麻烦，并且所建立iPS细胞的方法均涉及到基因的过量表达，此外，饲养层细胞、小片段载体污染、体外培养细胞的同质性、表观遗传改变和基因组稳定性等都需要加以考虑。腺病毒介导的转基因方式虽然相较安全，但仍然存在潜在安全性和效率问题。最理想、最实用的方法是用小分子化合物代替外源基因导入实现体细胞重编程而获得iPS 细胞，这一想法在不久的将来有望变为现实。

4. iPS细胞的应用前景

iPS技术具有巨大的潜在应用价值，利用iPS技术能够获得病人或者疾病特异的多能性干细胞，这样可以避免移植过程中的免疫排斥问题，也绕开了人类胚胎干细胞研究所带来的伦理问题。此外，掌握疾病特异性iPS细胞向相应疾病中的功能细胞定向诱导的技术方法，以此作为模型研究这些疾病的发病机制，利用以上疾病模型，对现有药物做出个体化的评估，并发现新的治疗靶点和筛选新的药物，将为这些重大性疾病的基础和临床研究开辟新的研究方法和技术平台[6, 7]。

但是，人类诱导多能干细胞的研究尚处于起步阶段，这些细胞被重编程为iPS细胞所需时间较长（16-35天），效率低，大大增加了在这个过程中细胞的变异风险。找到一种理想的人类体细胞来源是所有科学家都重点关注的问题，同时，由于目前对干细胞自我更新与分化等行为的调控机制仍然知之甚少，迄今人类还不能按照自己的意图将各种来源的干细胞在体外定向诱导分化为任意感兴趣的功能细胞。许多iPS细胞体外分化模型被建立以获得不同类型终末分化细胞，但这些模型存在诸多问题：比如iPS 细胞还不能向单一方向分化或者iPS细胞还不能按照我们的意图定向分化，因而诱导分化后获得的往往是混合型细胞，如何通过准确控制iPS 细胞分化行为和优化诱导分化技术线路以实现iPS 细胞完全定向分化是进一步探讨的科学命题。

参考文献：

[1]申红芬，姚志芳，肖高芳，贾俊双，肖东，姚开泰. 诱导性多潜能干细胞(iPS cells)——现状及前景展望. 生物化

学与生物物理进展, 2009, 36(8): 950~960

[2]Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by

defined factors.Cell, 2006, 126(4): 663～676

[3]Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined

factors. Cell,2007, 131(5): 861～872

[4]Y u J, V odyanik M A, Smuga-Otto K, et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science,

2007, 318 (5858): 1917～1920

[5]Hanna J, Wernig M, Markoulaki S, et al. Treatment of sickle cell anemia mouse model with iPS cells generated from autologous skin.Science, 2007, 318(5858): 1920～1923

[6]Hanna J, Markoulaki S, Schorderet P, et al. Direct reprogramming of terminally differentiated mature B lymphocytes to

pluripotency.Cell, 2008, 133(2): 250～264

[7]Hockemeyer D, Soldner F, Cook E G, et al. A drug-inducible system for direct reprogramming of human somatic cells to

pluripotency. Cell Stem Cell, 2008, 3(3): 346～353

诱导性多功能干细胞——产生,发展,应用及展望

诱导性多功能干细胞 ——产生，发展，应用及展望张博文，杨星九，李玖一，白末* 摘要：在胚胎干细胞研究因伦理道德和免疫排斥问题而受阻的时候，诱导性多功能干细胞(induced pluripotent stem cell，以下简称iPS细胞)的横空出世为干细胞研究指明了一条新的方向。近几年来iPS细胞研究取得了许多突破性的进展，其广泛的应用前景更向人们昭示着一个新的时代的到来。本文主要从iPS细胞的发展历程入手，综述了iPS细胞的理论及应用研究的关键进展，并对之后的研究进行了展望。关键词：诱导性多功能干细胞，胚胎干细胞，病毒，癌变，细胞治疗 Abstract:When the embryonic stem cell research was blocked by ethical issues and immune rejection, induced pluripotent stem cell (hereinafter referred to as iPS cells), turned out for stem cell research indicated a new direction. iPS cells’ research in recent years has made many breakthroughs, prospects for its wide application to remind people of a new era. This article summarizes the theory and application of iPS cells, and the key to progress in the study, from the iPS cells to start the development process, and discussed the study in the future. Key words：induced pluripotent stem cell, embryonic stem cell, virus, Canceration, cell therapy IPS细胞是通过向体细胞中导入诱导基因，使体细胞重编程获得具有胚胎干细胞样特性的多能干细胞。iPS细胞的产生可谓干细胞领域的新里程碑。近几年，iPS细胞的研究突飞猛进，本文中结合最新的研究结果，综述了iPS细胞的产生背景、发展历程及其应用前景，并对今后iPS的研究发展进行了客观的展望。 1产生背景干细胞(stem cells, SC)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。其中胚胎干细胞(Embrtibuc stem cell)更是具有全部的全能性，能够分化成人体内的所有细胞，具有非常广阔的应用前景。早在上个世纪，人类就已经开始针对干细胞进行研究，试图通过各种不同的方法得到多能干细胞，其中突出的方法有胚胎干细胞（ES细胞）直接植入法；体细胞核转移 ----------------------------------------- *张博文，杨星九，李玖一：资料查阅与论文编写白末：资料查阅与论文整合

两种体系下诱导多潜能干细胞定向分化为运动神经元前体细胞的差异

中国康复理论与实践2018年3月第24卷第3期Chin J Rehabil Theory Pract,Mar.,2018,Vol.24,No.3https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html, DOI :10.3969/j.issn.1006-9771.2018.03.004·基础研究·两种体系下诱导多潜能干细胞定向分化为运动神经元前体细胞的差异李哲1，方明珠1，陈红2，郭钢花1，范家宏1，毛志娟2 1.郑州大学第五附属医院，河南郑州市450052； 2.华中科技大学同济医院，湖北武汉市430030 通讯作者：李哲。E-mail:lizhe.1974@https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html, 基金项目：1.国家自然科学基金面上项目(No.81471302)；2.河南省科技厅基础研究计划项目(No.142300410035) 摘要目的将人诱导多潜能干细胞(iPSCs)定向分化为脊髓运动神经元前体细胞(MNP)，并比较在有无饲养层两种体系下的分化效率。方法分别在鼠胚胎成纤维细胞饲养层和无饲养层体系中培养人iPSCs 。诱导6d 获得神经上皮前体细胞(NEP)，诱导12d 获得MNP 细胞。倒置显微镜下观察细胞形态变化，免疫荧光染色鉴定iPSCs 、NEP 、MNP 标记物，实时定量聚合酶链反应检测NEP 相关基因SOX1、HOXA3，MNP 相关基因OLIG2、P AX6，及多能性基因SOX2、OCT4的转录水平。结果两种体系中iPSCs 均表达多能性标记物，NEP 及MNP 均高表达神经相关标记物，低表达多能性标记物，有饲养层体系中NEP 细胞SOX1、HOXA3，MNP 细胞OLIG2、OCT4基因表达明显高于无饲养层，P AX6 和SOX2表达无显著性差异。结论 iPSCs 在两种培养体系均可有效分化为MNP 细胞，在有饲养层体系中分化效率较高。关键词人诱导多潜能干细胞；运动神经元；神经分化 Comparison of Inducing Pluripotent Stem Cells to Differentiate into Motor Neuron Precursor in Two Kinds of System LI Zhe 1,F ANG Ming-zhu 1,CHEN Hong 2,GUO Gang-hua 1,F AN Jia-hong 1,MAO Zhi-juan 2 1.Department of Rehabilitation Medicine,The Fifth Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou,Henan 450052,China;2.Tongji Hospital,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,Hubei 430030,China Correspondence to LI Zhe.E-mail:lizhe.1974@https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html, Supported by National Natural Science Foundation of China (General)(No.81471302)and Henan Science and Tech-nology Department Basic Research Plan (No.142300410035) Abstract Objective To induce human-induced pluripotent stem cells (iPSCs)to differentiate into spinal motor neuron precursor (MNP)and compare the induction efficiency in systems of feeder and feeder-free. Methods iPSCs cultured on mouse feeder cells or in feeder-free condition were induced into neuroepithelial progenitors (NEP)on the sixth day and MNP on the twelveth day.Their morphology was observed under inverted micro- scope,and the markers of iPSCs,NEP,MNP were detected with immunofluorescence.NEP-related genes SOX1 and HOXA3,MNP-related genes OLIG2and P AX6,and pluripotency genes SOX2and OCT4were detected with real-time quantitative polymerase chain reaction. Results iPSCs expressed pluripotency markers,while NEP and MNP expressed high levels of neural related markers and low levels of pluripotency markers in two systems.The expression of the genes SOX1,HOXA3,OLIG2and OCT4was higher in the feeder system,and there was no significant difference in the expression of genes SOX2 and P AX6. Conclusion iPSCs can differentiate into MNP in culture systems of feeder and feeder-free,and the induction efficiency is higher in the feeder system.作者简介：李哲(1974-)，男，汉族，河南邓州市人，博士，主任医师，硕士研究生导师，主要研究方向：神经系统疾病的康复基础与临床研究。 --269

诱导性多潜能干细胞_iPS cells_的研究进展

诱导性多潜能干细胞(iPS cells)的研究进展学生：吴淑可元培学院学号：00646145 摘要：诱导性多能干细胞被誉为生命科学领域新的里程碑, 本文将通过iPS细胞的由来、研究概况、制备方法以及应用前景四个方面来简述iPS细胞的发展历程和应用前景。关键词：iPS细胞、转录因子、小分子化合物 1.iPS细胞的由来 2007年11月，日本和美国科学家分别宣布独立发现将普通皮肤成纤维细胞转化为多潜能干细胞的方法，得到的干细胞称为诱导多能干细胞iPS（induced pluripotent stem cells）细胞。这项发现一方面解决了利用胚胎进行干细胞研究在伦理、宗教和法律等诸多限制，另一方面也使得干细胞的研究来源更方便且制备相对简单易行，故iPS细胞一经问世，即在生命科学领域引起了一次轰动，被誉为生命科学领域新的里程碑。简单来说，iPS细胞就是借助基因导入技术将某些特定因子导入动物或人的体细胞，同时可选择性地在培养液中加入特定的小分子物质，即可将体细胞重编程为多潜能干细胞，这类细胞在克隆形态、生长特性、表面标志物、基因表达模式、表观遗传学特征、拟胚体(embryoidbodies，EBs)形成、畸胎瘤(teratoma)形成和嵌合体(chimeras)形成(针对小鼠)等方面与ES 细胞非常相似[1]。 2. iPS 细胞的研究概况 2006年8月，Yamanaka小组确定最少有4 种转录因子组合——Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4即可将成纤维细胞重编程为iPS细胞[2]。次年11～12月，该小组和Thomson小组先后将人的体细胞重编程为iPS细胞[3.4]。 2007年12月，Jaenisch小组用iPS细胞来源的造血前体细胞成功治疗镰状红细胞贫血，从理论和实践上为人类单基因遗传病治疗奠定基础，次年4月，该小组证实鼠iPS细胞来源的多巴胺能神经元移植进帕金森病大鼠脑内，可有效缓解其症状和改善其行为, 说明iPS对复杂疾病治疗的可能性[5]。 2008年4月，美国加利福尼亚大学科学家报告称，他们将实验鼠皮肤细胞改造成iPS细胞，然后成功使其分化成心肌细胞、血管平滑肌细胞及造血细胞。 2009年2月，日本东京大学科学家宣布，成功利用人类皮肤细胞制成的iPS细胞培育出血小板，而且从技术上说用iPS细胞培育人类红细胞和白细胞都是可能的；紧接着，日本庆应大学科学家又宣布，成功用实验鼠的iPS细胞培育出鼠角膜上皮细胞。同年3月，iPS细胞研究便相继迎来两项重大突破。英国和加拿大科学家发现了不借助病毒、安全将普通皮肤细胞转化为iPS细胞的方法；美国科学家则宣布，他们可以将iPS细胞中因iPS转化需要而植入的有害基因移除，保证获得的神经元细胞的基本功能不受影响。同时美国研究人员宣布，他们可以通过蛋白质，而非任何核酸材料，将普通皮肤细胞转化为iPS细胞。紧接着，2009年4月，美国科学家首次对遗传疾病Fanconi 贫血症患者皮肤细胞中的基因缺陷进行了修补，进而将这些组织转化成了能扭转疾患病情的干细胞，从而在基因重组过程中，制造出了无遗传缺陷、功能强大的诱导多功能干细胞（iPS细胞），并再次定向诱导分化出纠正患者遗传性贫血所需的健康血液细胞。 2009年6月，日本iPS之父证明了不同细胞来源的iPS具有不同的致瘤性。同时鉴于目前iPS诱导效率太低，提出了iPS诱导的种质模型和随机模型加以探讨。 2009年7月，iPS细胞研究在临床应用道路上又迈出非常重要的一步。据《自然》和《细胞：干细胞》杂志报道，中国上海和北京两个科学团队分别利用iPS细胞克隆出活体实验鼠，首次证明iPS细胞与胚胎干细胞一样具有全能性。该成果让人们看到了iPS细胞具有实用性。 (https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html,/society/2009-07/24/content_11766251.htm) 3. iPS 细胞的制备方法目前，iPS细胞制备流程如下。简言之：a．分离和培养宿主细胞；b．通过病毒(逆转录病毒、慢病毒或腺病毒) 介导的方式将外源基因导入宿主细胞；c．将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上，并于ES 细胞专用培养体系中培养，同时在培养液中根据需要加入相应的小分子物质( 如Wnt3a、5-AZA、BIX-01294、VPA、TSA等)以促进

Cell最新报道：首次体外建立具有胚内和胚外组织发育潜能的多潜能干细胞系

Cell最新报道：首次体外建立具有胚内和胚外组织发育潜能的多潜能干细胞系订阅号APExBIO 2017年4月6日， Cell杂志在线发表来自北京大学邓宏魁研究组题为“Derivation of Pluripotent Stem Cells with In Vivo Embryonic and Extraembryonic Potency”的研究论文。该研究在国际上首次建立了具有全能性特征的多潜能干细胞系，获得的细胞同时具有胚内和胚外组织发育潜能。而且该研究还表明，人的胚胎干细胞对小鼠表现出种间嵌合能力，为未来利用异种嵌合技术制备人体组织和器官奠定了基础。这是首次体外构建具有胚外发育潜力的多能干细胞的第一步，对基础和转化研究开辟了新的途径。邓宏魁研究组一直致力于干细胞的研究，尤其在小分子抑制剂诱导胚胎干细胞分化方面发表过很多顶级期刊，如Cell，Science等。 2013年，邓宏魁研究组在Science杂志发表的文章“Pluripotent Stem Cells Induced from Mouse Somatic Cells by Small-Molecule Compounds”指出，通过7个小分子化合物(VC6TFZ+TTNPB)可以诱导小鼠体细胞重编程形成多能干细胞。化学诱导多能干细胞（CiPSCs）; DOI: 10.1126/science.1239278 2015年，邓宏魁研究组在Cell杂志上发表“A XEN-like State Bridges Somatic Cells to Pluripotency during Chemical Reprogramming”指出，在化学重编程期间，胚胎内胚层（XEN）样细胞是体细胞向胚胎干细胞转化的过度态细胞。（DOI: https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html,/10.1016/j.cell.2015.11.017）

关于诱导多功能干细胞的介绍和思考

关于诱导多功能干细胞的介绍和思考 ——2012年诺贝尔生理学或医学奖解读班级：生物技术基地姓名：林立梅学号：0131122635 【摘要】John B. Gurdon和Shinya Yamanaka获得2012年诺贝尔生理学或医学奖，他们的相继研究成果证明，成熟、分化的细胞可以被重新组装或诱导重新编程，变成未成熟的干细胞，能够发育成机体内所有种类的组织。【关键字】重新编程干细胞诱导定向分化临床医学【内容】（一）两位科学家的实验概述（1）约翰.格登：用“细胞核重编程”克隆出新动物所谓“细胞核重编程”，就是将已经分化了的成年体细胞进行诱导，让其重新回到发育早期多能性干细胞状态，重新获得发育成各种类型细胞的能力。通俗一点讲，就是在细胞层面实现“返老还童”。 1962年，格登做了一个划时代的实验：他假设：这些细胞的基因组仍然包含着驱动它发育成机体所有不同类型的细胞所需的信息。并进行相关实验，将非洲爪蟾（Xenopus，一种蛙）卵细胞内不成熟的细胞核移除，然后把非洲爪蟾的成熟肠细胞的细胞核注入其中。在此过程中，他采用核标记技术（Elsdale et al，1960），将标记的供体细胞核移植到未标记的受体卵。在实验中，控制由囊胚或原肠胚（简称胚胎细胞核）穿插与转让肠细胞核。移植的胚胎中，所有那些超出了囊胚期的细胞中包含明显的被标记的核，可以证明它们来源于核移植而不是从卵核。核标记只出现在渡过了囊胚期胚胎中。整个实验的目的很简单，就是想看看这个卵子最终会变成什么。结果发现，一部分卵依然可以发育成蝌蚪；其中的一部分蝌蚪，可以继续发育成为爪蟾。 (2)山中伸弥：用基因技术制造出“诱导多能干细胞” 2006年Shinya Yamanaka教授从数据库中筛选出大约100个有可能在ES细胞中特别活跃的基因。再经过近4年的紧张工作，从这100个基因中筛选出24个活跃

诱导多能干细胞技术-朱晨煜

诱导多能干细胞技术吴晶晶张颖朱晨煜 1116092015 1116092016 1116092017 【多能干细胞】多能干细胞(Pluripotent stem cell，Ps)，具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。多能干细胞是当前干细胞研究的热点和焦点。它可以分化成体内所有的细胞，进而形成身体的所有组织和器官。因此，多能干细胞的研究不仅具有重要的理论意义，而且在器官再生、修复和疾病治疗方面极具应用价值。但是过去认为多能干细胞只能从人胚胎中获得。【诱导多能干细胞】【简介】诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成为胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC）细胞样的多潜能细胞。最初是日本人山中伸弥于2006年利用病毒载体将四个转录因子（Oct4, Sox2, Klf4 和c-Myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞的一种细胞类型。随后世界各地不同科学家陆续发现其它方法同样也可以制造这种细胞。现在应用iPs已经成功培养和分化出心肌、神经、胰腺、骨等多种体细胞和不同的组织。但是，过去诱导多能干细胞必须应用逆转录病毒载体才能进行基因组整合。由于基因组整合的随机性，可发生突变，甚至可以引起癌症和遗传疾病。哈佛干细胞研究中心和麻省医院肿瘤中心的科学家，成功应用无害基因组整合病毒载体

诱导性多能干细胞的研究进展及其在再生医学上的应用

文献综述诱导性多能干细胞的研究进展及其在再生医学上的应用摘要：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（embryonic stem 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研究！关键词：诱导性多能干细胞；胚胎干细胞；重编程；再生医学正文 1iPS 细胞的产生主要经历了 3 个大的阶段. 1981 年，小鼠胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES 细胞）建系干细胞是近 30 年来生物学发展最快的领域（Evans 和 Kaufman），这些具有全能性的细胞在体外可以诱导分化为不同类型的细胞，为组织修复开辟了新途径. 尽管这些细胞来源于囊胚内细胞团，基本不存在去分化和重编程的问题，但自诞生之日起，就一直深受伦理道德和异体排斥等问题的困扰. 随着克隆羊“多利”的诞生，开创了体细胞在卵母细胞中去分化和重编程的先河. 2000 年，Munsie等从小鼠体细胞核移植囊胚中分离得到了小鼠 ES 细胞，从而拉开了治疗性克隆研究的序幕，使利用病人的健康体细胞对自身的病变组织进行修复成为了可能，尽管这一技术可以避免异体移植所造成的排斥反应，但仍然深陷伦理道德争论的漩涡之中.2006 年，Yamanaka 等将 4 个转录因子导入已分化的小鼠皮肤成纤维细胞，进而获得了类似于 ES 细胞的多能性干细胞，即“诱导性多能干细胞”（induced pluripotent stem cells，iPS 细胞）. 2007 年，Yu 等和 Takahashi 等又分别采用相同的基因改造的方法将人的体细胞逆转为类 ES 细胞，这些划时代的成果不仅解决了利用干细胞进行组织修复所面临的免疫排斥和伦理学问题，在利用病人正常细胞进行组织自我修复方面具有巨大的应用前景，而且是用来研究细胞去分化和基因组重编程的重要途径（不需要胚胎或卵母细胞）. 这个具有里程碑意义的发现揭开了再生医学领域的新篇章. 2iPS 细胞的诱导方法迄今为止，短短几年的时间内 iPS 细胞的研究取得了突飞猛进的发展，仅诱导方式而言，从病毒方法如逆转录病毒、慢病毒和腺病毒，到非病毒的转座子载体和蛋白质均能介导外源转录因子诱导产生 iPS 细胞. 利用逆转录病毒和慢病毒载体诱导生成 iPS 细胞时，可能会引起外源基因整合到体细胞基因组，引起插入突变，如果将这些 iPS 细胞应用于临床治疗，会存在安全隐患. 因此，Aoi 等利用不与宿主细胞整合的腺病毒、质粒为表达载体瞬时转染靶细胞可以获得 iPS

间充质干细胞的生物学特性及多向分化潜能_张凯

中国组织工程研究与临床康复第 12 卷第 3 期 2008–01–15 出版
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research January 15, 2008 Vol.12, No.3
综述
间充质干细胞的生物学特性及多向分化潜能*★
张凯1，王毅1，邢国胜2
Bio-characteristics and multi-differentiation potency of mesenchymal stem cells
Zhang Kai1, Wang Yi1 Xing Guo-sheng2 Abstract
BACKGROUND: Mesenchymal stem cells (MSCs) are an important cell type in hematopoietic microenvironment. They can differentiate to lots of tissues and have low immunogenicities. It has been verified by clinical tests that MSCs transplanting can be used for tissue repair and disease treatment of mesenchymal tissue genetic defects. OBJECTIVE: To understand bio-characteristics and multi-differentiations potency of MSCs. RETRIEVAL STRATEGY: A computerized search through the PubMed database was undertaken during January 1995 to December 2005. The key words were "mesenchymal stem cells, differentiation, biological character", and searching language was restricted in English. Meanwhile, a resemble search was conducted to the correlated articles basing on Chinese Journal Full-Text Database from January 1995 to December 2005, with the key words of "mesenchymal stem cells, differentiation, biological character", and the language was restricted in Chinese. Totally 78 related papers were searched out. Data were checked in the first trial. Inclusion criteria:①The literatures should be closely related with biological character and differentiation of MSCs.②The recent articles of the same field and that published in authority journals were preferred. Exclusion criteria: ①Repetitive study. ②Meta analysis. LITERATURE EVALUATION: The literature was compiled and analyzed about the biological character and multiple differentiation of MSCs. Thirty papers were selected, in which 4 were reviews and the others were clinical or fundamental researches. DATA SYNTHESIS: ①MSCs are especially rich in myeloid tissue and also present in placent, amniotic fluid, umbilical vein subendothelial layer, peripheral blood, liver, fat, muscles and skin. MSCs have potentials of fast proliferation, self renewing and multi-differentiation. Based on different inducing conditions, they can be differentiated into cartilage, bone, skeletal muscles, muscle tendon, fat, nerve and kidney parenchymal cell, etc.②Three isolation and culture methods are mainly used in vitro: Density gradient centrifugation and adherent culture methods: Basing on the density difference between MSCs and other cells, Percoll or Ficoll separation liquid can be used to separate cells and meanwhile separate the MSCs from the non-adherent cells depending on the adherent growing character of MSCs; Flow cytometer: It can be used for MSCs separation on the basis of its small volume and particle deficiency; Magnetic activated cell sorting: Positive or negative selection is carried out according to MSCs surface antigenic component is presented or deleted, and the relatively pure MSCs can be obtained by immobilizing with antibody. DMEM medium containing 5%－20% fetal bovine serum is commonly used for culturing MSCs. The identification of MSCs is mainly according to its morphous and functions. Furthermore, the surface marker is different from different sources.③Under specific physical and chemical environment or induced by cytokine, MSCs can differentiate into multiple types of cells, such as osteoblast, fat cell, nerve cell, cardiac myocyte, endothelium cell and so on. It can be affected by lots of factors and has low immunogenicity. So it is an ideal source of tissue engineering seed cells. Moreover, MSCs are easy to transfect and express the exogenous gene, so they will be widely used in cell therapy and genetic therapy. CONCLUSION: Because of the multi-differentiation properties, MSCs will be widely used in tissue engineering damage repair, cell replacement therapy, supporting effect of hemopoiesis and genetic therapy. But the monoclonal cell can not be obtained by separation and culture approaches currently used in vitro, and now the reliable identification standard also lacks. The problems, such as what are the differences between MSCs of different sources, should be solved. Zhang K, Wang Y, Xing GS.Bio-characteristics and multi-differentiation potency of mesenchymal stem cells.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(3):539-542(China) [https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html,/zglckf/ejournal/upfiles/08-3/3k-539(ps).pdf]
1
Department of Clinical Laboratory, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, 2 China; Institute of Orthopaedics, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China Zhang Kai★, Master, Associate chief laboratorian, Department of Clinical Laboratory, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China zkkmail@yahoo. https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html, Supported by: General Program of Tianjin Science and Technology Committee, No. 05YFJMJC07600* Received:2007-09-13 Accepted:2007-11-02
天津医院 ,1 检验 2 科，骨科研究所，天津市 300211 张凯★，女， 1971 年生，天津市人，汉族，2003 年南开大学毕业，硕士，副主任检验师，主要从事风湿病、骨代谢疾病实验室检测方面的研究。 zkkmail@yahoo. https://www.360docs.net/doc/1c1783975.html, 天津市科委面上项目（05YFJMJC 07600）*
中图分类号: R394.2 文献标识码: A 文章编号: 1673-8225 (2008)03-00539-04 收稿日期: 2007-09-13 修回日期：2007-11-02 (07-50-9-5074/ZS·Y)
摘要
学术背景：间充质干细胞是造血微环境中的一种重要细胞成分，可以向多种组织增殖分化，且免疫原性低，临床实验证实间充质干细胞移植可用于组织修复及治疗间充质组织遗传缺陷性疾病。目的：深入认识间充质干细胞的生物学特性及其多向分化潜能。检索策略：由该论文的研究人员应用计算机检索 Pubmed 数据库 1995-01/2005-12 的相关文献，检索词“mesenchymal stem cells ， differentiation ， biological character ”，并限定文章语言种类为 English 。同时计算机检索中国期刊全文数据库 1995-01/2005-12 的相关文献，检索词“间充质干细胞，多向分化，生物学性质”，并限定文章语言种类为中文。共检索到 78 篇文献，对资料进行初审，纳入标准：①文章所述内容应与间充质干细胞的生物学特性或多向分化潜能密切相关。②同一领域选择近期发表或在权威杂志上发表的文章。排除标准：①重复性研究。②Meta 分析。文献评价：文献的来源主要是通过对间充质干细胞的生物学特性及其多向分化潜能方面内容进行汇总分析。所选用的 30 篇文献中，4 篇为综述，其余均为临床或基础实验研究。资料综合：①间充质干细胞在骨髓组织中的含量最为丰富，此外还存在于胎盘、羊水、脐静脉内皮下层、外周血及肝脏、脂肪、肌肉、皮肤等多种组织中。间充质干细胞具有高度增殖、自我更新和多向分化潜能，在不同诱导条件下可分化为软骨、骨、骨骼肌、肌腱、脂肪、神经及肾脏实质的细胞等。②间充质干细胞体外培养的方法目前主要有 3 种：密度梯度离心与贴壁筛选法：鉴于间充质干细胞与其他细胞密度的差异，采用 Percoll 或者 Ficoll 分离液来实现细胞间的分离，同时依据间充质干细胞贴壁生长的特性，将其与非贴壁细胞分离。流式细胞仪分选法：根据间充质干细胞体积小、相对缺少颗粒这一特性采用流式细胞仪对其进行分选。磁珠分选法：根据间充质干细胞表面带有或缺失的抗原成分进行正选或负选，用
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R
CODEN: ZLKHAH
539

诱导多潜能干细胞

医学分子生物学杂志,2008,5(5):4452448　J Med Mol B i ol,2008,5(5):4452448 DO I 11013870/j 1issn 1167228009120081051015 资助项目:广东省重点实验室建设基金(No 12004B60144)通讯作者:马文丽(E 2mail:wenli@fi m mu 1com ) This work was supported by a grant fr om Key Laborat ory Constructi on Foundati on of Guangdong Pr ovince (No 12004B60144)Corres ponding author:MA W enli (E 2mail:wenli@fi m mu 1com ) 诱导多潜能干细胞左长清1,马文丽1,郑文岭 1,2 1南方医科大学基因工程研究所　广州市,5105152 华南基因组研究中心　广州市,510800 【摘要】　通过病毒载体导入4个外源转录因子Oct4、Sox2、c 2M yc 、Klf 或者Oct4、Sox2、Nanog 、L in28入体细胞,可以诱导产生具有胚胎干细胞特性相似的诱导多潜能干细胞(induced p luri potent ste m cells,iPS )。 iPS 在疾病治疗和药物研究等领域具有非常重要的应用前景,但是目前存在诱导效率低以及致肿瘤性等缺点,采用改良方法诱导产生iPS 是将来研究的重点。【关键词】　诱导多潜能干细胞;胚胎干细胞;转录因子【中图分类号】　Q813 Perspecti ves :I nduced Plur i poten t Ste m Cells Z UO Changqing 1,MA W enli 1,Z HE NG W enling 1,2 1Institute of Genetic Engineering,Southern M ed ical U niversity,Guangzhou,510515,China 2 Southern China Geno m ics R esea rch Center ,Guangzhou,510800,Ch ina 【Abstract 】　Transducti on of f our fact ors,for instance,Oct4,Sox2,c 2Myc and Klf,or Oct4, Sox2,Nanog and L in28,int o s omatic cells thr ough viral vect or,is sufficient t o rep r ogra m human s o 2matic cells int o induced p luri potent ste m cells (iPS )that exhibit the essential characteristics of e m 2bry onic ste m (ES )cells 1iPS cells possess significant app licati on pers pective in disease treat m ent and drug devel opment,A t p resent,however,there still exist s o me shortcom ings t o be conquered,for instance,l ow inducti on efficiency and high tu morigenicity 1Therefore,i m p r ove ment of iPS induc 2ti on strategy would be of great i m portance in the near future 1 【Key words 】　induced p luri potent ste m cells;e mbryonic ste m cells;transcri p ti on fact or 尽管人胚胎干细胞(e mbryonic ste m cell ,ES )有着巨大的医学应用潜力,但围绕该研究的伦理道德问题一直争论不休。因此,长期以来,科学家一直探索是否可以不通过人胚,获得具有和胚胎干细胞特性相同或相似的多潜能干细胞(induced p luri 2potent ste m cells,iPS )。近年,通过采用病毒转导少数基因进入小鼠和人类体细胞,并成功诱导产生具有与胚胎干细胞特性相似的多潜能干细胞,将干细胞研究推向了一个全新的领域。1　i PS 的研究策略及命名 2006年8月,日本京都大学Takahashi 等 [1] 在《Cell 》上宣布:将外源基因导入完全分化的体细胞,可以诱导产生iPS,首次证明了外源因子可以使体细胞重编程(rep r ogra mm ing )。他们将此诱导细胞命名为诱导多潜能干细胞,即iPS 。具体研究策略如下:首先,将双选择标记βgeo (neo 用于G418筛选,βGal 用于显影)基因盒同源重组到小鼠Fbx 15基因位点,使βgeo 受内源性Fbx 15启动子控制,由于Fbx 15只在ESC 中表达,所以来源于Fbx15 βgeo /βgeo 小鼠的体细胞由于缺乏ES 特性,不能在G418中生长。采用逆转录病毒将24个候选基因单个导入Fbx15βgeo /βgeo 小鼠胚胎成纤维细胞(mouse e mbryonic fibr oblast,MEFs ),无G418抵抗克隆。将24个基因全部导入以上MEFs 时,可以筛选到22个G418抵抗克隆,其中5个克隆与ES 细胞形状相似。重复实验同样获得ES 形状相似细胞,同时发现ES 细胞标记基因表达。采用逐一淘

人类诱导性多能干细胞技术指导手册

人类诱导性多能干细胞（iPS细胞）技术指导手册目录： 1. 前言 (1) 2. 人类胚胎成纤维细胞培养 (2) 3. 重编程载体构建 (3) 4.病毒包装 (4) 5.人类iPS细胞的诱导 (6) 6. iPS细胞鉴定 (8) 6.1碱性磷酸酶活性检测 (8) 6.2干细胞表面marker的免疫染色检测 (9) 6.3干性因子的去甲基化程度分析 (10) 6.4干细胞内源基因的表达分析 (13) 6.5端粒酶活性检测 (14) 6.6核型检测 (15) 6.7拟胚体形成 (15) 6.8畸胎瘤形成实验 (15) 7．干细胞技术培训及服务一览表 (15) 8．附录 (16) 1. 前言 iPS细胞最初从成纤维细胞重编程而来，因为它们准备和操作相对简单。其他细胞类型，包括来自外胚层、中胚层和内胚层的细胞也可以用于产生iPS细胞（Eminili et al 2008）。2006年Y amanaka 和Takahashi利用逆转录病毒系统在成鼠的成纤维细胞导入四个转录因子（Oct3/4,Sox2,c-Myc, 和Klf4，Y amanaka 因子），将其重编程为iPS细胞，它具有跟小鼠ES十分相似的特性，尤其重要的是，iPS细胞也能产生后代。2007年，iPS技术在人类体细胞中得以应用，人类iPS 细胞的产生对退行性疾病的治疗产生巨大的影响（Takahashi et al ;Yu et al, 2007）。由于iPS细胞具有和ES类似的功能，却绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多瓶颈，因此在医疗领域的应用前景非常广阔，成为干细胞研究的热点，《自然》和《科学》杂志分别将其评为2007年第一和第二大科学进展。随后，