iPS細(xì)胞在治療血液疾病的應(yīng)用

Xu等將iPS細(xì)胞誘導(dǎo)分化為內(nèi)皮前體細(xì)胞，然后移植到患有血友病小鼠的肝臟中，使病鼠出血不止的癥狀得到了有效地改善。Hanna等人將患病小鼠尾尖成纖維細(xì)胞重編程為 iPS細(xì)胞，然后通過同源重組的方法用人野生型 p A.珠蛋白基因替代了 pass珠蛋白基因,接著把遺傳修飾后的 iPS細(xì)胞定向分化為造血祖細(xì)胞 (HPs),并將純化后的 HPs移植入 hps /llps雄性小鼠中，Has有效地抑制了鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥癥狀。

日本用人類iPS細(xì)胞制成血小板，日本東京大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)教授中內(nèi)啟光最近成功地用人類誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)培養(yǎng)出血小板，這在世界尚屬首次。中內(nèi)啟光等研究人員采用與日本京都大學(xué)教授山中伸彌同樣的方法．向人類皮膚細(xì)胞植入基因，制成iPS細(xì)胞。

在培養(yǎng)iPS細(xì)胞時(shí)，研究人員添加了人類骨髓細(xì)胞以及促進(jìn)細(xì)胞增殖的蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)果iPS細(xì)胞分化成了血小板的前身巨核細(xì)胞；之后，巨核細(xì)胞進(jìn)一步分化成血小板。血小板是哺乳動(dòng)物血液的重要成分之一，具備收縮血管，形成止血栓，幫助止血等功能。手術(shù)中使用的血小板現(xiàn)在主要通過獻(xiàn)血采集，在這種情況下血小板只能保存幾天，十分不便。研究人員說．這項(xiàng)研究成果也表明，從技術(shù)上來說．用iPS細(xì)胞培育人類紅細(xì)胞和白細(xì)都是有可能的。

對(duì)腫瘤發(fā)生機(jī)理的推動(dòng)
第一，遺傳學(xué)突變積累表觀遺傳學(xué)異常是腫瘤發(fā)生與進(jìn)展內(nèi)在的因素。將攜帶腫瘤易感基因或具有形成腫瘤傾向遺傳背景的正常細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞[24]，誘導(dǎo)再分化為特定組織類型的細(xì)胞，通過在培養(yǎng)皿中觀察腫瘤的發(fā)生，鑒定關(guān)鍵的腫瘤內(nèi)環(huán)境形成的抑制因素與促進(jìn)因素。

第二，通過核移植技術(shù)的研究結(jié)果顯示，將腫瘤細(xì)胞本身重編程為干細(xì)胞具有相當(dāng)?shù)碾y度，即腫瘤細(xì)胞對(duì)重編程具有抵抗性 ，而iPS技術(shù)的出現(xiàn)為這一操作帶來希望。
第三，腫瘤細(xì)胞具有特定的遺傳學(xué)背景，如果能通過iPS技術(shù)將其重編程為干細(xì)胞，將清除掉腫瘤特有的表觀遺傳學(xué)狀態(tài)，通過誘導(dǎo)分化成對(duì)等的正常表現(xiàn)型細(xì)胞，比較性的研究在該遺傳學(xué)背景條件下表觀遺傳學(xué)變化與腫瘤發(fā)生的關(guān)系。
第四，近年腫瘤研究領(lǐng)域一個(gè)重要的突破是對(duì)腫瘤干細(xì)胞的識(shí)別與鑒定，然而目前仍不能高效地高純度地對(duì)腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行體外擴(kuò)增與長期培養(yǎng)，這樣就障礙了對(duì)腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)特有特征的分析，并使針對(duì)腫瘤干細(xì)胞的治療性研究發(fā)展緩慢，如果能通過iPS技術(shù)將分化的處于短暫維持狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞重編程為腫瘤干細(xì)胞，將會(huì)給腫瘤研究領(lǐng)域帶來巨大的發(fā)展機(jī)會(huì) 。

體細(xì)胞核移植技術(shù)
利用iPS細(xì)胞作為核供體細(xì)胞，同適當(dāng)?shù)氖荏w細(xì)胞融合后便可以直接獲得轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。因此，將iPS細(xì)胞誘導(dǎo)技術(shù)同動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)相結(jié)合不僅可以提高動(dòng)物的遺傳本質(zhì)，而且可以打破物種的界限，獲得用傳統(tǒng)的交配方法無法得到的動(dòng)物新性狀。2010年，中國的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在世界上首次建立了豬的iPS細(xì)胞系，填補(bǔ)了小鼠與人之間的空白。中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿研究。
團(tuán)隊(duì)從西藏微型豬的胚胎中分離成纖維細(xì)胞，再用逆轉(zhuǎn)錄病毒將轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)入成纖維細(xì)胞中，成功誘導(dǎo)了豬的iPS細(xì)胞系Il”。中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所肖磊研究小組，運(yùn)用可誘導(dǎo)(Tet-on／of系統(tǒng))的慢病毒表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子把豬成體細(xì)胞成功地重編程到多能干細(xì)胞狀態(tài)，經(jīng)過進(jìn)一步篩選、鑒定，最終也獲得符合多能干細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)的豬iPS細(xì)胞系ll。這是世界首次培育出馴化的有蹄類動(dòng)物的多能干細(xì)胞。豬在生理上與人的差異相對(duì)較小，因此，豬iPS細(xì)胞的建立具有重要意義：

第一，我們可以使用誘導(dǎo)干細(xì)胞修改豬的與免疫有關(guān)的基因，從而讓豬的器官與人類免疫系統(tǒng)兼容；
第二，許多人類疾病是由基因表達(dá)障礙造成的，我們可以修改干細(xì)胞中豬的基因，并培育出攜帶同樣基因障礙的豬，然后使用這種豬模型開發(fā)治療這種疾病的法；
第三，利用iPS技術(shù)培育出一種準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)基因豬，改善它對(duì)某種疾病的耐性，從而改善畜牧業(yè)。目前，在牛、羊等其它大家畜中尚無這方面的報(bào)道，如果我們能夠建立這些動(dòng)物的iPS細(xì)胞，并應(yīng)用其來生產(chǎn)基因打靶或轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，必然會(huì)提高轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的效率，為轉(zhuǎn)基因研究開創(chuàng)一片更加廣闊的天地。

治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病
Wemig 等人將iPS細(xì)胞分化為神經(jīng)前體細(xì)胞，然后把這些細(xì)胞移植入胎鼠腦中，它們可整合到受體鼠的腦中，13.5d后形成神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞，包括谷氨酰胺能神經(jīng)元、G A B A 能神經(jīng)元、兒茶酚胺能神經(jīng)元細(xì)胞。將由小鼠 iPS細(xì)胞在體外誘導(dǎo)分化來的多巴胺能神經(jīng)元移植進(jìn)帕金森病大鼠模型腦內(nèi)，一段時(shí)間后可有效緩解大鼠疾病癥狀和改善其行為。最近，利用帕金森癥患者的皮膚細(xì)胞培育出 iPS細(xì)胞后，又成功將其分化為多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞，這是帕金森癥患者大腦中所缺少的一種重要細(xì)胞。因此，其有望成為治療帕金森癥的一種方法。

美國科學(xué)家成功培養(yǎng)出iPS細(xì)胞用于制造神經(jīng)元。研究小組在iPS細(xì)胞的培養(yǎng)過程中采用了日本京都大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所的山中伸彌教授等確立的方法，即用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體，將KLF4、SOX2、OCT4、c—MYC 四種因子導(dǎo)入細(xì)胞。

在檢查培養(yǎng)的iPS細(xì)胞和患者是否攜帶相同基因變異的同時(shí)，也考察了基因表達(dá)譜和抗原一抗體反應(yīng)譜，據(jù)此確認(rèn)所得到的iPS細(xì)胞是ES細(xì)胞樣細(xì)胞。iPS細(xì)胞分化為運(yùn)動(dòng)性神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的程序，借用了小鼠和人細(xì)胞誘導(dǎo)分化的做法。雖然因使用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體可能將外源基因在多處隨機(jī)導(dǎo)入，但不會(huì)對(duì)誘導(dǎo)分化產(chǎn)生影響。

經(jīng)過誘導(dǎo)分化處理之后，已經(jīng)確認(rèn)在運(yùn)動(dòng)性神經(jīng)元細(xì)胞有特異性轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)及在運(yùn)動(dòng)性神經(jīng)元發(fā)生時(shí)發(fā)揮作用的轉(zhuǎn)錄因子等的表達(dá)。iPS細(xì)胞來源的運(yùn)動(dòng)性神經(jīng)元，在脊髓上表達(dá)了與處于生長階段的運(yùn)動(dòng)性神經(jīng)元類似的前體細(xì)胞標(biāo)記。另外，即使在分化成神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞上．也能夠確認(rèn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞特異性標(biāo)記物的表達(dá)。

鼠角膜上皮細(xì)胞的培育
日本科學(xué)家用誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞)培育出了鼠角膜上皮細(xì)胞。日本慶應(yīng)大學(xué)教授坪田一男等研究人員獲得的這一研究成果。他們將iPS細(xì)胞用添加的特殊蛋白質(zhì)加以培養(yǎng)，使其成功分化為另一種細(xì)胞。后者能進(jìn)一步分化成實(shí)驗(yàn)鼠的多個(gè)部位的上皮細(xì)胞。研究人員從中找到了能分化成鼠角膜的上皮細(xì)胞，并成功使其增殖。研究人員還證明這種角膜上皮細(xì)胞能移植給原先所屬的老鼠。日本科學(xué)家的這項(xiàng)成果有助于解決異體角膜移植所出現(xiàn)的排異反應(yīng)問題。

開發(fā)疾病治療新方法
Dimos和 Ebert等人分別建立了肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)和脊髓性肌萎縮(SMA)患者特異性 iPS細(xì)胞。通過定向誘導(dǎo)分化，將患者特異性的iPS 細(xì)胞成功分化成了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。這些 由患者來源的 iPS細(xì)胞分化等的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元為人們提供了一個(gè)體外研究 ALS和SMA 疾病的系統(tǒng)。

在研究清楚了 ALS和SMA患者運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的致病機(jī)制后， 還可在患者特異的 iPS細(xì)胞中通過遺傳修飾來糾正基因缺陷，再分化得到功能正常的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，以進(jìn)行移植治療。此外，Park 和Soldner 建立了多種遺傳病患者特異性的 iPS細(xì)胞系，包括帕金森病、亨廷頓病、唐氏綜合征／三染色體21等。

Loh等成功地以人血液細(xì)胞為體細(xì)胞供體 ，誘導(dǎo)出了iPS細(xì)胞 ，使得構(gòu)建一些病癥突變只局限于血液細(xì)胞的患者特異性 iPS細(xì)胞成為可能。Park等{3}將人i P S細(xì)胞體外分化并分離得到原始生殖細(xì)胞第一章(PGCs)。PGCs 在基因表達(dá)上與體內(nèi)分離的PGCs極為相似。如果能夠進(jìn)一步將這些 PGCs分化為精子和卵子，就可幫助患者解決不孕問題 。

在生物學(xué)基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用
細(xì)胞重編程是一個(gè)復(fù)雜的過程，除了受細(xì)胞內(nèi)因子調(diào)控外，還受到細(xì)胞外信號(hào)通路的調(diào)控。對(duì)于Oct4、Sox2和Nanog等維持干細(xì)胞自我更新能力的轉(zhuǎn)錄因子的研究正在逐漸地展開。

2009年4月，Zhong等報(bào)道Nanog的一種表達(dá)調(diào)控方式，他們發(fā)現(xiàn)一種轉(zhuǎn)錄共激活因子p300可以結(jié)合到Nanog的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域并激活Nanog的表達(dá)。該研究組還發(fā)現(xiàn)PARP1可以給Sox2加上PAR修飾并引起Sox2的降解，進(jìn)而調(diào)節(jié)FGF4的表達(dá)l6引。

BMP是調(diào)節(jié)iPS細(xì)胞多能性的重要的信號(hào)通路，清華大學(xué)陳燁光研究組和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所韓敬東研究組[691合作發(fā)現(xiàn)，BMP信號(hào)通路的關(guān)鍵分子SMAD1／5和SMAD4結(jié)合到一類發(fā)育調(diào)控基因上并影響干細(xì)胞的分化。然而，關(guān)于iPS細(xì)胞維持其自我更新和多能性的分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)目前還很有限，今后的研究中將逐漸闡明各種信號(hào)通于維持iPS細(xì)胞多能性的作用，篩選到合適的生長因子，優(yōu)化培養(yǎng)條件，為將iPS細(xì)胞應(yīng)用于臨床打下基礎(chǔ)。