F1000：干细胞研究七大论文

小丫

2011年07月25日来源：生物通
" k2 x* f# g+ d% m, |/ u! Z1 l" C8 W   
生物通报道：“F1000（Faculty of 1000 Medicine）”又名“千名医学家”，是由美国哈佛大学和英国剑桥大学等全世界2500名国际顶级医学教授组成的国际权威机构。其中近期最受关注的七篇干细胞研究论文如下（大部分与iPS技术有关）：
. s* _9 r7 r4 m- c' @
! b: I! ^1 V& p# n, f  ]1、L. Warren, et al., “Highly efficient reprogramming to pluripotency and directed differentiation of human cells with synthetic modified mRNA,” Cell Stem Cell, 7:618-30, 2010.
' z0 j8 S: C: B! t/ @
2010年9月，来自美国波士顿儿童医院（Children’s Hospital Boston）和哈佛大学等机构的科研人员发明了一种利用mRNA培养iPS细胞的新技术，这一研究成果在线发表在cell stem cell 上。
8 b7 s7 W. b( N7 E  w; P
目前获得 iPS细胞的方法主要是以逆转录病毒作为载体，向细胞内导入遗传因子，促进细胞基因组的重编程。但这种方法一方面诱导效率较低，另一方面还有诱发肿瘤的风险，从而限制了iPS细胞的临床应用。此外，目前还缺乏一种安全有效的方法，用于指导iPS细胞向特异性细胞类型分化。
$ z/ r% `  e6 j: d$ D9 y0 H# K& `
1 }& m8 q* [, d' n& _  Q鉴于上述问题，美国波士顿儿童医院等机构的科研人员发明了一种利用人工合成mRNA，对细胞进行重编程的简单策略，使mRNA携带4种转录因子的指令，指导细胞进行重编程。这种技术克服了机体先天的抗病毒免疫反应，并可以对多种人体细胞类型进行重新编程，诱导效率是此前方法的40~100倍，而且没有癌变的风险。此外，该技术还能够用于指导RNA诱导的iPS细胞分化为肌细胞。该技术的发明对于干细胞相关基础研究、疾病模型的建立和再生医学具有广泛的应用前景。
# k+ l$ ?4 {0 r
6 \% Y3 V( b" {2 l4 {: {; Z2、J.R. Spence, et al., “Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro,” Nature, 470:105-9, 2011.

" ?/ j6 A! o5 [. V) a3 p! n2 s辛辛那提儿童医学中心（Cincinnati Children’s Hospital Medical Center） 的科研人员在Nature上在线发表了一篇文章，首次实现了多能干细胞向能够发挥功能的人类肠组织的转化。这项发现将打开一扇通往人类肠道发育、功能和疾病研究这一未知领域的大门。
% C5 A# D! u) `  U在此项研究中，科研人员使用了两种多能细胞：人体胚胎干细胞和诱导多能干细胞。研究人员首先将多能干细胞转变为一种胚胎细胞类型——定型内胚层，它可以产生食道、胃、肠道，以及肺部、胰腺和肝脏的基底细胞。随后，内胚层细胞按照指令成为上述某一种器官的细胞类型，尤其是成为胚胎肠道细胞——后肠祖细胞。最后，研究人员将这些细胞转移到“亲肠”（prointestinal）细胞培养系统，它可以促进肠道生长。在接下来的 28 天里，这些细胞转变为三维结构与胎儿小肠极为相似的组织。这种组织含有所有主要的肠细胞，包括肠上皮细胞、杯状细胞、帕内特细胞（Paneth cell）和内分泌细胞。这些组织继续发育成熟，并获得与正常人类肠道组织相同的吸收与分泌功能，同时，它们还可以形成肠道特异性干细胞。

这项研究的主持人，来自辛辛那提儿童医学中心发育生物学部的James Wells博士表示，此实验首次证实了人体多能干细胞能够在培养皿中经引导后，有效的形成三维结构和细胞组成与肠组织十分类似的人体组织。这项成果最终将会应用于医学治疗，从而为那些患有坏死性小肠炎、炎症性肠病和短肠综合症的病人们带来福音。
1 p% N; A- i* L; b  }+ N与此同时，科研人员还进行了另外一项尝试，即确定这些肠道组织是否可有效用于短肠综合症等疾病的移植治疗。这项后续研究的成果将会有利于人们更好地设计方便病人吸收的药物，因为口服药物大部分都是由肠道吸收的。

  t! `* n. @( ?) V; H7 ]3、E. Szabo, et al., “Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors,” Nature, 468:521-6, 2010.

1 B; j; x  F" l5 L利用病毒基因插入和调节蛋白，科学家们可以不用把人类皮肤细胞先转变成原来的多能态细胞，就直接转化为成年人的血细胞。
生物医学家们的一个梦想就是能够把成年人的细胞转变成任意一种其它类型的细胞。这样，就能够不用面对使用胚胎干细胞转化所需要面对的道德问题。现在，来自安大略省马克马斯特大学的科研团队宣称，他们已经能够把人类皮肤细胞转变成血细胞了。

* T* U9 x3 e( X8 x( O该研究领域的其他技术都需要先将一种类型的细胞变回到普遍未经分化的干细胞状态，而干细胞才能发生分化。一旦变回了干细胞状态，细胞就能分化为任意一种科学家想要的细胞。但是采用这项技术的话，科学家不需要中间过程，可以直接把皮肤细胞变成任意一种具有功能的成年人血细胞。这项技术利用了一个病毒载体的基因插入，以及大量参与调控的蛋白质。转变出来的细胞还没有进行人体测试，以检测它们是否与人体自然产生的血细胞一样。但是，开展研究的目的就是要提出一种可以方便使用细胞的方法。
; I  U+ R- L( }# O4 Z5 |) |  U
7 I, Y; V6 q. Z6 q. N( |4、K. Oshima, et al., “Mechanosensitive hair cell-like cells from embryonic and induced pluripotent stem cells,” Cell, 141:704-16, 2010.
3 L; O$ Y) W0 e
研究人员首次使用小鼠胚胎干细胞及再编程的小鼠成纤维细胞，成功制造出了功能性内耳毛细胞，人类耳聋治疗研究由此迈出一大步。
  |5 \# ]4 S1 {" b) c
7 P# i2 I4 _, {可供研究的内耳毛细胞数量非常稀缺，是在分子基础上研究听力的一大障碍。为最终获得人类内耳毛细胞，研究人员将小鼠作为实验初始阶段的极佳模型。通过使用小鼠胚胎干细胞及小鼠成纤维细胞再编程后得到的诱导多功能干细胞（iPS），斯坦福大学医学院的斯蒂芬·赫勒领导的研究团队开发出一种“按部就班”式的方法，将这些细胞诱导成常驻于内耳中的正常听觉细胞。此项研究为从一个可再生资源创建出数百万个功能性内耳毛细胞开辟了道路。目前，研究人员已能创建出这样的细胞，而不必在单一实验中使用数十只小鼠，大大提高了听力分子学研究的效率。
2 ^8 M, x/ P" P5 [0 o- J
, y; ]: x7 x9 H. D, T5 }研究报告详细描述了如何在子宫内的不同发育阶段对小鼠胚胎干细胞和iPS细胞进行诱导。研究人员先将干细胞和iPS细胞诱导成一种可形成胚胎外胚层（其最终可分化成诸如皮肤和神经细胞等许多组织和结构）的细胞类型，然后使用特殊生长因子将它们转化成“耳祖（otic-progenitor）细胞”，在更换培养皿中的化学药液后，这些细胞就能以类似内耳毛细胞的方式聚集成群，进而发育成具有毛细胞特征的静纤毛簇。
& {' U; t& j$ G1 w6 a7 j
5、T. Vierbuchen, et al., “Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors,” Nature, 463:1035-41, 2010.

4 l8 b' |! g! f& ~8 H7 s" F* K来自斯坦福大学干细胞生物研究所、再生医学研究中心、Howard Hughes研究所、癌症生物研究项目组的科学家开发了一项新的细胞重编程技术，这一新的技术可无需将成体细胞重回多能状态而直接编程为功能细胞。

iPS因已被证实具有多能性而备受再生医学的关注，科学家们可以将iPS细胞定向分化为所需要的任何功能细胞，这个过程为：成体细胞——iPS多能细胞——定向功能细胞。三个步骤就可以获得我们想要的功能细胞。

* V) r! X) @/ e, @5 d而斯坦福大学助教Marius Wernig领衔的研究组开发出一种新的细胞编程技术，成体细胞无需重回多能干细胞状态，可一步到位地编程为神经元细胞。这种技术的方程式变为：成体细胞——定向功能细胞。
. H' Z" f) S6 B: K
' j7 g/ A( j( z( ]研究小组从控制细胞分化候选基因池（19个）筛选分析，最终找出3个适合的基因，Ascl1，Brn2（也称Pou3f2）和Myt1l，在体外实验中，这3个因子成功地将小鼠胚胎期的成纤维细胞和成年小鼠的成纤维细胞成功地转化为神经元细胞。经过检验，通过这种方式诱导的神经元细胞表达多种神经元特异的蛋白，还可产生电位传导，发育出突触结构。

7 z/ I5 h3 Z  c/ C0 g/ _1 q: \6、C. Melton, et al., “Opposing microRNA families regulate self-renewal in mouse embryonic stem cells,” Nature, 463:621-6, 2010.

microRNA，包括miRNA、SiRNA和PiRNA等等。它们是基因表达、修饰、转录和翻译的调节者。近年来的研究证明，microRNA在干细胞的自我复制、定向分化和组织再生中，都起着十分重要的作用。它是干细胞特性、维持、转化功能的一个关键的调节者，是当前干细胞调节研究的一个重点。

# `0 `: N# a. A3 s: k* b: Z9 `胚胎干细胞在定向分化的过程中会开启两个重要的程序，首先是关闭胚胎干细胞的自我更新程序，同时激活组织特异性的定向分化程序。如果胚胎干细胞缺乏DGCR8蛋白（一种对microRNA的生成具有重要意义的蛋白）它就无法停止胚胎干细胞的自我更新程序，那么将对细胞定向分化产生影响。
, u: |8 |+ B7 D
3 `2 Q# j9 R6 a5 K在本研究中，科学家们发现，如果将let-7家族（一种microRNA）导入DGCR8蛋白缺失的未分化的体细胞中，同样可以有效地抑制细胞的自我更新。研究小组对这一现象进行深入的分析，发现let-7可间接地抑制控制干细胞自我更新的基因，使其失活。进一步研究发现，抑制let-7还可促进未分化的体细胞生成iPS细胞。
) t3 K; C3 f* p/ d3 y1 U3 D3 f
在人类基因组中存在12 个由let-7 同源基因家族编码的miRNAs。这些研究数据表明，胚胎干细胞的自我分化与自我更新循环中，let-7发挥着重要的调节作用。
! M; L3 X/ L' l" G- y
7、S. Agarwal, et al., “Telomere elongation in induced pluripotent stem cells from dyskeratosis congenita patients,” Nature, 464:292-6, 2010.
% F) g* F5 D( r
“Faculty of 1000 Biology”创办于2002年1月，是一种在线科研评价系统，其推荐原则立足于论文本身的科学意义而非发表在什么杂志上。该系统根据全球2300多名资深科学家的意见，提供对近期发表的生物科学论文的快速评论，目的是帮助广大科研人员遴选和发现有价值的研究工作。该机构专家根据论文对当前世界生物医学和临床实践的贡献程度和科学价值，每年对全球SCI文章总数不足千分之二的优秀精品医学论文进行推荐和点评，并赋予“F1000论文”称号向医学界推荐，涵盖了医学各个学科，是一项很高的学术荣誉。
8 r6 z  `, E' G- L' u（生物通：万纹）