以細胞融合為基礎的重組體細胞分化為誘導性多能干細胞的研究進展

王 帥

遼寧省遼陽市第三人民醫院檢驗科，遼寧遼陽 111000

以細胞融合為基礎的重組體細胞分化為誘導性多能干細胞的研究進展

王 帥

遼寧省遼陽市第三人民醫院檢驗科，遼寧遼陽 111000

多能細胞是起源于哺乳動物的內部細胞團，它可以通過一定順序的分化過程最終產生類似于成人某一種組織。盡管經過數十年的研究，決定細胞分化方向的的機制一直沒有揭開。包括核轉移、提供多個轉錄因子的“雞尾酒方案”以及細胞融合等多種實驗方法已經驗證了重組體細胞可以分化為誘導性多能干細胞。在此筆者綜述了以細胞融合為基礎的重組體細胞并使之具有多能性的特點。

多能細胞；重組；多能性；研究進展

誘導性多能干細胞 （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胞內導入4種轉錄因子基因 （Oct4、Sox 2、c-My c和Klf4），成功地將其重組為胚胎干細胞樣iPSCs。iPSCs可定向誘導分化出多種體細胞，因此iPSCs在理論研究和臨床應用等方面都極具應用價值[1]。在最初的研究中，人們通常利用逆轉錄病毒為載體將轉錄因子導入分化細胞并形成iPSCs，此后人們又先后應用腺病毒、質粒轉染等方法誘導形成iPSCs[2]。但是，通過細胞融合的方法形成的iPSCs較少有報道。本文綜述了以細胞融合為基礎的重組體細胞并使之分化為iPSCs特征。

1 由細胞融合產生的短暫的異核體和穩定的雜交

早在50年前的實驗就已經證明不同種類的細胞能夠進行雜交融合。其中包括使用滅活的Sendai病毒方法、聚乙烯乙二醇的化學方法以及電脈沖等方式促進其雜交。同種或者不同類型的細胞可以通過雜交形成異核體細胞，即雖然細胞能共用單一細胞的細胞基質，但是卻有各自的親代的細胞核在其中。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致穩定的雜交細胞形成。這種細胞的最大優勢就是在于可以應用種系間的異核體和雜交途徑在單細胞水平分析的譜系重組，同時體細胞核轉移為研究細胞重組提供了有利條件。在這一點上，iPSCs徹底改變了干細胞生物學，它通過細胞融合方式產生的重組克隆具有胚胎干細胞的特征即可以經分化誘導為體細胞和自我復制的特點[3]。

2 重組后產生的“多能性”

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

3 由異核體向可誘導多能細胞轉變的關鍵問題

胚胎干細胞在融合了神經干細胞或成纖維細胞后，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胞[8-10]。同時，Nanog基因的上調表達也導致胚胎干細胞樣的細胞增加。由此可見，Nanog基因的上調能夠有效的提高iPSCs產生[3]。

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

4 細胞融合為基礎的重組未來的發展前景及應用

細胞生物功能的確立和維系需要有正向和負向調控細胞因子、細胞周期、DNA復制等多種因素共同作用的結果。但通過骨骼肌細胞進行的異核體重組實驗表明對骨骼肌細胞起著決定作用的是骨骼肌與無核骨骼肌細胞的比例。而這些細胞分化比例卻直接受到例如MyoD和Mrf4等細胞因子的調控[11]。在這一領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種或者更多種細胞共同作用形成的仍然是有待研究的[4]。但是，現在普遍的觀點認為細胞的分化、可能的增殖狀態可能會影響到重組的方向和重組的動力學。

但是，至今為止在細胞融合過程中DNA復制的重要性尚未明確。最近的一些對異核體細胞研究表明，應用人類成纖維細胞重組還需要AID酶的參與。同時，一些文獻也報道細胞循環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為iPSCs的效率[12]。此外，一些shRNA基因庫和iRNA為基礎的研究也正在應用于細胞重組的研究過程中。這些技術將會為以細胞融合為基礎的研究平臺提供新的方法和選擇。

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

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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）