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所謂的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells),它是指利用病毒載體將多種轉(zhuǎn)錄因子組合轉(zhuǎn)入分化的體細(xì)胞中,使其重編程而得到的類似胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞類型。2006年,日本京都大學(xué)山中伸彌(Shinya Yamanaka)領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室率先在世界著名學(xué)術(shù)雜志《細(xì)胞》上報(bào)道了iPS的研究。他們把Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4這四種轉(zhuǎn)錄因子引入小鼠胚胎或皮膚纖維母細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)其發(fā)生轉(zhuǎn)化。這種被誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化后的細(xì)胞在形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等方面,都與胚胎干細(xì)胞極為相似,被稱為iPS細(xì)胞。
2007年11月,Thompson(湯普森)實(shí)驗(yàn)室和山中伸彌實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r報(bào)道,利用ips技術(shù)同樣可以誘導(dǎo)人皮膚纖維母細(xì)胞成為幾乎與胚胎干細(xì)胞完全一樣的多能干細(xì)胞。所不同的是:日本實(shí)驗(yàn)室依然采用了逆轉(zhuǎn)錄病毒引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4四種因子組合,而Thompson實(shí)驗(yàn)室采用了以慢病毒載體引入Oct4、Sox2加Nanog和LIN28這種因子組合。這些研究成果被美國《科學(xué)》雜志列為2007年十大科技突破中的第二位。
2008年,哈佛大學(xué)George Daley(喬治·戴利)實(shí)驗(yàn)室利用誘導(dǎo)細(xì)胞重新編程技術(shù)把采自10種不同遺傳病患者病人的皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>iPS,這些細(xì)胞可以用來建立疾病模型和藥物篩選。美國科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),iPS可在適當(dāng)誘導(dǎo)條件下定向分化,如變成血細(xì)胞,再用于治療疾病。哈佛大學(xué)另一家實(shí)驗(yàn)室則發(fā)現(xiàn)利用病毒將三種在細(xì)胞發(fā)育過程中起重要作用的轉(zhuǎn)錄因子引入小鼠胰腺外分泌細(xì)胞,可以直接使其轉(zhuǎn)變成與干細(xì)胞極為相似的細(xì)胞,并且可以分泌胰島素、有效降低血糖。這表明利用誘導(dǎo)重新編程技術(shù)可以直接獲得某一特定組織細(xì)胞,而不必先經(jīng)過誘導(dǎo)多能干細(xì)胞這一步。
2008年11月,中國科學(xué)院動物研究所周琪研究員和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院曾凡一研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究組利用iPS細(xì)胞得到了具有繁殖能力的小鼠,第一次證明了iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞具有相似的多能性。這一研究成果表明iPS干細(xì)胞或許同胚胎干細(xì)胞一樣可以作為治療各種疾病的潛在來源。
制備iPS細(xì)胞的過程主要包括:分離和培養(yǎng)宿主細(xì)胞;通過病毒介導(dǎo)或者其它方式將若干個與多能性相關(guān)的基因?qū)?/span>宿主細(xì)胞;將感染了病毒的細(xì)胞種植于飼養(yǎng)層細(xì)胞上,并于ES細(xì)胞專用培養(yǎng)體系中培養(yǎng),同時在培養(yǎng)中根據(jù)需要加入相應(yīng)的小分子物質(zhì)以促進(jìn)重編程;出現(xiàn)ES樣克隆后進(jìn)行iPS細(xì)胞的鑒定,包括細(xì)胞形態(tài)、表觀遺傳學(xué)、體外分化潛能等。
iPS技術(shù)在干細(xì)胞研究領(lǐng)域、表觀遺傳學(xué)研究領(lǐng)域以及生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域都引起了強(qiáng)烈反響,它讓人們對多能性的調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識理解有進(jìn)展新。細(xì)胞重編程是一個復(fù)雜的過程,除了受細(xì)胞內(nèi)因子調(diào)控外,還受到細(xì)胞外信號通路的調(diào)控。對于Oct4、Sox2和Nanog等調(diào)控細(xì)胞全能性的轉(zhuǎn)錄因子的研究,可以利用iPS細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)?zāi)P?,通過操縱幾個因子的表達(dá),其意義無疑是深遠(yuǎn)的。
與經(jīng)典的胚胎干細(xì)胞技術(shù)和體細(xì)胞核移植技術(shù)不同,iPS技術(shù)不使用胚胎細(xì)胞或卵細(xì)胞,而且iPS細(xì)胞的獲得方法相對簡單和穩(wěn)定,因此它在技術(shù)上和倫理上都比其它方法更有優(yōu)勢。利用iPS技術(shù)可以用病人自己的體細(xì)胞制備專有的干細(xì)胞,所以不會有免疫排斥的問題,這意味著iPS技術(shù)拉近了干細(xì)胞和臨床疾病治療的距離,為再生醫(yī)療開辟了一條嶄新的道路。不過,這一技術(shù)目前仍處于試驗(yàn)研究階段,還沒有出現(xiàn)臨床應(yīng)用的先例。
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