中国组织工程研究与临床康复 第14卷 第45期 2010–11–05出版
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research November 5, 2010 Vol.14, No.45
诱导性多能干细胞的重编程★
卞合涛1，黄 卫1，李士勇2
Reprogramming of induced pluripotent stem cells
Bian He-tao1, Huang Wei1, Li Shi-yong2
Abstract
BACKGROUND: Although induced pluripotent stem cells (iPSCs) have similar morphological, epigenetic and gene expression characteristics as embryonic stem cells (ESCs), this research is at a very early stage and many fundamental questions remain such as security and efficiency.
OBJECTIVE: To review empirical study of iPSCs.
METHODS: A computer-based online search of Medline, Ovid, CNKI, and EBSCO databases was undertaken for the literature of iPSCs. The key words were “induced pluripotent stem cells, embryonic stem cells, somatic cells, reprogramming, induction, transcription factor”.
RESULTS AND CONCLUSION: iPSCs of specific genes, mainly through import, reprogram somatic cells. Its specific genes
include Oct 4, Sox2, c-Myc, Klf4, Nanog, Lin-28. These exogenous transcription factors can activate endogenous Oct4 and Sox2 expression, which contribute to form a network of self-regulation and to maintain iPSCs pluripotent. However, the specific mechanism of reprogramming remains unclear.
Bian HT, Huang W, Li SY. Reprogramming of induced pluripotent stem cells.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2010;14(45):8487-8490. [http://www.crter.cn http://en.zglckf.com]
摘要
背景：诱导性多能干细胞在形态学、表观遗传修饰、基因表达等方面与胚胎干细胞十分相似，但对其研究尚在初级阶段，且安全性和高效性是诱导性多能干细胞应用面临的主要问题。 目的：对诱导性多能干细胞的实验研究进行综述。
方法：应用计算机检索Medline数据库、Ovid数据库、CNKI、EBSCO数据库与诱导性多能干细胞相关文献。检索词为“诱导性多能干细胞、胚胎干细胞、体细胞、重编程、诱导、转录因子，induced pluripotent stem cells、Embryonic stem cells、Somatic cells、reprogramming、induction、Transcription factor”。
结果与结论：诱导性多能干细胞获得主要通过导入特定的基因，使体细胞重编程，其特定基因包括Oct 4、Sox2、c-Myc、Klf4、Nanog、Lin-28。目前认为，体细胞通过导入外源性的转录因子可以激活内源性的Oct4 与Sox2 的表达，并在细胞内迅速形成一个自我调节的网络用以维持诱导性多能干细胞的多能性，并使其保持多能性。但对于重编程的具体机制仍不是很清楚。
关键词：诱导性多能干细胞；胚胎干细胞；重编程；转录因子；干细胞 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.45.030
卞合涛，黄卫，李士勇．诱导性多能干细胞的重编程[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14(45):8487-8490. [http://www.crter.org http://cn.zglckf.com]
多向分化潜能，为细胞替代治疗、基因治疗提供0 引言 良好的种子细胞。但目前对诱导性多能干细胞的研究仍处于起步阶段，有很多问题需要解决，面诱导性多能干细胞是指通过载体将胚胎干临的首要问题是诱导性多能干细胞获得的安全细胞特异性的转录因子导入体细胞中， 使体细性和高效性，将上述问题解决好，诱导性多能干胞重编程，分化成具有胚胎干细胞样特性和功细胞才有希望更好更快地应用于临床。阐明重编能的多能干细胞。形成的诱导性多能干细胞在程的具体机制对解决好安全性和高效性两大问形态学、表观遗传修饰、基因表达等方面与胚题显得极其重要。
胎干细胞十分相似[1]。诱导性多能干细胞的研究目前对重编程的研究只能是通过导入外源使人们不需要破坏胚胎就可以得到类胚胎干细性基因的方法，至于对导入外源性基因后如何引胞样的多能干细胞， 解决了使用胚胎的伦理问起细胞重编程的具体机制还知之甚少，有待于进题， 为干细胞的研究、人类疾病发生机制、新一步更深入的研究。
药筛选和再生医学的研究提供新的方法和技针对目前关于诱导性多能干细胞重编程的术，对将来的医学研究有着重要的理论意义。
实验研究进行综述，为更好的研究和利用诱导性诱导性多能干细胞的研究价值在于其具有
多能干细胞鉴定了理论基础。
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH 万方数据
1
Department of
Neurology, 2Molecule Center Laboratory, Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
Bian He-tao★,
Studying for master’s degree, Department of Neurology, SecondAffiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
Huang Wei,
Associate professor, Master’s supervisor, Associate chief physician, Department of
Neurology, Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
huangwei94@tom . com
Bian He-tao and Huang Wei
contributed equally tothis article.
Correspondence to: Li Shi-yong, Doctor, Molecule Center Laboratory, Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
Received: 2010-06-10 Accepted: 2010-07-20
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卞合涛，等．诱导性多能干细胞的重编程
南昌大学第二附属医院，12神经内科，分子中心实验室，江西省南昌市 330006
卞合涛★，男，1982省临沂市人，年生，山东南昌大学第二附属医院神经内科在读硕士，主要从事干细胞的相关研究。[email protected]
并列第一作者：黄卫，女，副教授，硕士生导师，南昌大学第二附属医院神经内科副主任医师，主要从事干细胞的研究。 huangwei94@ tom.com
通讯作者：李士勇，博士，南昌大学第二附属医院分子中心实验室，江西省南昌市 330006 syliwy@gmail. com
中图分类号:R394.2 文献标识码:A
文章编号: 1673-8225 (2010)45-08487-04
收稿日期：2010-06-10修回日期：2010-07-20([1**********]/GW·Q)
8488
万方数据
1 资料和方法
1.1 文献检索
检索人相关情况：第一作者。 检索文献时限：2006-09/2010-04。 检索数据库：Medline数据库、Ovid数据库、
CNKI、EBSCO数据库。
检索关键词：中文检索词：“诱导性多能干细
胞、胚胎干细胞、体细胞、重编程、诱导、转录因子”；英文检索词：“induced pluripotent stem cells、Embryonic stem cells、Somatic cells、reprogramming、induction、Transcription factor”。
检索文献类型：综述及实验研究。 检索文献量：共检索到文献120篇。
1.2 纳入及排除标准
纳入标准：纳入与诱导性多能干细胞相关文
献。
排除标准：排除重复性研究和缺乏原创性研
究。
1.3 文献质量评价 初检得到120篇文献，阅读文题及摘要排除75篇相关性不强的文献，对剩余的45篇进一步查找全文，保留21篇符合标准的文献进行综述。
2 结果 2.1 诱导性多能干细胞 诱导性多能干细胞，是由体细胞诱导而成的多能干细胞，具有和胚胎干细胞类似的多向分化潜能。2006-07日本科学家Yamanaka等[2]
在世界范围内首次宣布利用小鼠的成纤维细胞诱导形成了多能干细胞，并命名为诱导性多能干细胞。随后2007年， 美国Jaenisch研究组重复并改进了Yamanaka 的诱导形成诱导性多能干细胞方法，他们所建立的小鼠诱导性多能干细胞在体外可无限的扩增和分化为机体的任何一种细胞，而且注入囊胚后可产生嵌合体和生殖细胞[3]。2007-11，日本和美国的科学家相继宣布可以利用人的体细胞诱导成诱导性多能干细胞细胞[4]，同年，美国的Jaenisch研究组又利用患有镰刀状贫血小鼠的成纤维细胞建立了诱导性多能干细胞， 并进一步通过基因打靶技术修正了疾病基因[5]。以上诱导性多能干细胞的获得及研究都是建立在对胚胎干细胞多年的广泛研究基础之上，今后，诱导性多能干细胞的体外大量扩增、定向分化及其体
内的移植也都离不开对胚胎干细胞的研究。总之，诱导性多能干细胞是在对胚胎干细胞研究基础上发展起来的一种多能干细胞。 2.2 重编程的候选基因 诱导性多能干细胞重编程中选择合适的基因至关重要。人们通过对胚胎干细胞多年的研究发现，维持胚胎干细胞的多能性大约有24个基因[6]，人们就尝试在24个候选基因中选出某些重要基因导入体细胞中，看体细胞是否也具有多能性，经过多年的试验，2006年小鼠的诱导性多能干细胞及2007年人的诱导性多能干细胞相继问世。有学者对候选基因之间的复杂关系进行了研究，发现除了Oct4外，Sox2、c-Myc、 Klf4、Nanog、Lin-28等都可被其他的转录因子替代，从另一方面证明了Oct4是诱导形成诱导性多能干细胞细胞的必需基因。
Oct 4：Oct4(octamer-binding transcription
factor 4)是Oct家族中的一员，又称Oct3或Pou5f1，含有POU结构域，被认为是体细胞重编程形成诱导性多能干细胞所必需的基因。最早发现其在未受精的卵母细胞、原始生殖细胞、胚胎干细胞中特异性的表达[2]。随后发现胚胎内细胞团的生长及胚胎干细胞的分化与Oct4的表达紧密相关，尤其是在胚胎干细胞的分化过程中。胚胎干细胞的未分化、可塑状态的维持可依赖于Oct4的很窄范围内的低表达，随后其表达上调约2倍后可使其分化为原始的内胚层和中胚层[7]。但如果强制抑制Oct4在胚胎干细胞中的表达将会直接导致其失去多能性并向滋养外胚层分化[8]。Oct家族成员中与Oct 4密切相关的还有Oct 1和 Oct 6，但目前的研究还未发现它们与胚胎干细胞多能性的维持有关[9]。可见，Oct4与胚胎干细胞多能性的维持是紧密相关的。
Sox2：Sox2是HMG框家族成员之一，是一种被认为与胚胎干细胞自我更新有关的转录因子，它对维持胚胎干细胞的多能性至关重要。Sox2除了在胚胎干细胞中表达外，还在胚外外胚层、滋养干细胞及中枢神经系统发生中的干细胞中表达[8]。Sox2 和Oct4可以形成二聚体，人类的胚胎干细胞已发现有1279个Sox2结合位点，623个Oct4结合位点，它们当中有404个结合位点是重合的[10]。以前认为Sox2与Oct4一样，都是维持胚胎干细胞多能性所必需的基因，而最近研究发现，过量表达Oct4后可以弥补Sox2的作用，即Oct4可以代替Sox2的作用[11]。同时也发现对于重编程，Sox2也
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卞合涛，等．诱导性多能干细胞的重编程
可以被Sox家族的其他成员例如Sox1、Sox3所替代。 c-Myc：c-Myc是HLH家族成员之一，是一种被早期发现的癌基因。同时也发现它是一种与细胞功能有关的多效性转录因子，这些细胞功能包括细胞周期调控、增殖、生长、分化、代谢等。c-Myc的表达与细胞的生长密切相关，在细胞处于相对静止状态时，c-Myc几乎不表达，而当细胞进入快速增殖时，它的表达会迅速上调。c-Myc目前被认为在诱导性多能干细胞形成中起到提高克隆形成率的作用，是一种非必需基因。 Klf4：Klf4具有锌指结构，是一种表达于多种组织的转录因子，例如肠上皮细胞、肾脏、皮肤等组织。Klf4可依据不同的靶基因或受体具有促进或抑制的双重作用。有研究发现在体细胞中过表达Klf4会阻止细胞周期于G1~S期，抑制DNA的复制，最终抑制细胞的增殖[12]。在人类直肠癌中，发现Klf4的表达是下调的[13]。在诱导性多能干细胞形成中，Klf4的具体作用目前还不明确，有研究发现它可以通过抑制p53的表达而上调Nanog[14]。重编程中，Klf属于非必须基因，可以被Klf家族的其他成员例如Klf42和Klf5所取代，也可以被其他转录因子如Nanog 或Lin-28取代[15]。
Nanog：Nanog是人们在研究胚胎干细胞的多能性中发现的一种转录因子，后来由Smith等命名为Nanog。像Oct4 、Sox2 一样，Nanog也是胚胎干细胞特异性的多能因子，早期可表达于桑椹胚和囊胚的内细胞团中，在发育中表达于外胚层。在维持胚胎干细胞的多能性中，Nanog被认为起到协助作用，同时最新研究发现，缺少Nanog的胚胎干细胞几乎失去了自我复制的能 力[16]。在诱导性多能干细胞形成过程中，Nanog可以协助Oct 4 和Sox2发挥作用，但不是必须基因，缺少Nanog对诱导形成诱导性多能干细胞的效率也几乎没什么明显的影响。总之，在诱导性多能干细胞的形成过程中，Nanog可能是通过调节其下游基因的表达而发挥作用的，属于非必须基因[17]。
Lin-28：Lin-28是一高度保守的RNA结合蛋白，受miRNA的调节[18]。对于哺育动物，Lin-28特异性的表达于胚胎干细胞及胚胎早期，但对于胚胎晚期及成体中其表达量却很少
[19]
。目前很多实验室已证实了Lin-28
在干细胞及体细胞中起到“翻译增强子”的作用，它通过结合特异的mRNA增强稳定性并最终保证高效的形成特异性的组织
[18]
。
Wnt家族最近也被发现参与体细胞的重编程。Marson 等在研究中发现，在体细胞重编程为诱导性多能干细胞的体系中添加Wnt3a，激活Wnt 家族的经典途径中的β-catenin的活性，可以明显的提高诱导效率。同时也发现Wnt信号参与重编程必须有其他相关因子的参与才能起作用，推测Wnt基因家族可能是通过调节其下游基因 Oct4、Sox2 和Nanog等的表达而行使其
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在诱导性多能干细胞生成中的作用。
2.3 重编程的机制 细胞的重编程是一个极其复杂的过程，其机制的研究对诱导性多能干细胞细胞的制备、制备效率的提高、安全性的评估、临床应用都有着非常重要的作用。目前关于重编程的机制普遍认为，体细胞通过导入外源性的转录因子可以激活内源性的Oct4 与Sox2 的表达，一旦内源性的 Oct4 与 Sox2得以表达后，便会迅速在细胞内形成一个自我调节的网络用以维持 诱导性多能干细胞的多能性，此后即不再需要外源性基因的诱导与维持[20]。对于在重编程中每种转录因子的具体作用、不同转录因子的组合是否通过相似的机制等问题人们还知之甚少，还有待于进一步的研究。 2.4 需要解决的问题 诱导性多能干细胞的问世成为干细胞研究领域的里程碑，为备受争议的胚胎干细胞的应用提出新的解决方案，但诱导性多能干细胞真正用于临床仍需一段时间，还存在以下问题有待于更好去解决与思考：①反转录病毒和慢病毒载体导致肿瘤发生的潜在风险。②制备诱导性多能干细胞细胞的低效率；以上问题的解决有待于从根本上阐明体细胞重编程的分子调控机制[21]。 3 讨论 诱导性多能干细胞的出现为干细胞的研究和应用带来了革命性的变化，近几年对诱导性多能干细胞的研究取得了一定的成绩，但目前诱导性多能干细胞的获得只能通过导入Oct4等外源性的转录因子使体细胞重编程，而对于重编程的具体机制也不是很清楚。只有进一步了解重编程的机制，才能更好的提高诱导性多能干细胞的生成效率和安全性，这样，诱导性多能干细胞应用于临床就指日可待了。
4 参考文献 [1] Woltjen K, Michael I, Mohseni P, et al. piggyBac transposition
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卞合涛，等．诱导性多能干细胞的重编程
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R 2010年版权归《中国组织工程研究与临床康复》杂志社所有组织工程牙的进一步研究提供了理论基础。
碱性成纤维细胞生长因子与不同来源间充质干细胞的调控：本刊中文部①
1 碱性成纤维细胞生长因子与猴骨髓间充质干细胞增殖及向神经元前体细胞分化：不同质量浓度对诱导剂隐丹参酮作用有差异吗？ 2 胰岛素样生长因子Ⅰ和碱性成纤维细胞生长因子对人类牙乳头间充质细胞增殖和分化的影响
3 碱性成纤维细胞生长因子对胚胎干细胞来源集落形成细胞的作用
4 体外培养条件下人骨髓间充质干细胞碱性成纤维细胞生长因子基因的转染与鉴定 5 人脐带Wharton’s jelly源间充质干细胞培养中碱性成纤维细胞生长因子的作用 6 碱性成纤维细胞生长因子对人前脂肪细胞增殖和分化的影响
7 锌及碱性成纤维细胞生长因子单独或联合应用体外培养骨髓间充质干细胞的生长及增殖
8 外源性碱性成纤维细胞生长因子对大鼠肌源性干细胞增殖的影响
9 碱性成纤维细胞生长因子和Noggin诱导
人羊水来源干细胞向神经细胞分化的差异比较 10 生长因子对骨骼肌肌源性干细胞增殖的影响
1 碱性成纤维细胞生长因子与猴骨髓间充质干细胞增殖及向神经元前体细胞分化：不同质
量浓度对诱导剂隐丹参酮作用有差异吗？ 刘晓刚(北京市垂杨柳医院病理科，北京市 100022)
推荐理由：利用中药提取物作为诱导剂，诱导过程安全，并且可以有效地将骨髓间充质干细胞在体外诱导分化为神经前体细胞，从而为神经系统损伤性疾病的治疗提供种子细胞。实验采用猴为观察对象，其遗传背景与人类更为接近，实验结果更具有应用价值。
在进行骨髓间充质干细胞诱导分化治疗神经损伤性疾病时，要在诱导时间、细胞生长因子浓度等多方面综合考虑，才能保证治疗的有效性。见2010年10期第1813页。
2 胰岛素样生长因子Ⅰ和碱性成纤维细胞生长因子对人类牙乳头间充质细胞增殖和分化的影响
谢家敏(泰州市人民医院口腔科，江苏省泰州市 225300)
推荐理由：实验在建立人类牙乳头间充质细胞培养模型的基础上，观察不同浓度的胰岛素样生长因子Ⅰ和碱性成纤维细胞生长因子对人类牙乳头间充质细胞的增殖及碱性磷酸酶活性的影响，结果表明胰岛素样生长因子Ⅰ与碱性成纤维细胞生长因子联用，对细胞增殖及对增加细胞的碱性磷酸酶活性有协同作用。这为
组织工程牙相关问题的研究，目前仍处于探索阶段。随着相关组织工程研究的不断深入，牙组织工程的研究将逐步深入，实验对探讨影响人类牙乳头间充质细胞增殖和分化的因素提供了参考依据，对进一步揭示人类牙乳头间充质细胞向成牙本质细胞分化成熟的基质提供理论参考。见2010年1期第1页。
3 碱性成纤维细胞生长因子对胚胎干细胞来源集落形成细胞的作用
李 娜 (滨州医学院病理生理学教研室，山东省烟台市 264003)
推荐理由：有研究表明，在卵黄囊造血、胎肝造血和在胚胎干细胞向造血干细胞分化过程中，碱性成纤维细胞生长因子可强烈表达。本实验在拟胚体培养阶段施加碱性成纤维细胞生长因子，验证碱性成纤维细胞生长因子对集落形成细胞产生的调控作用，为优化优化胚胎干细胞向造血干细胞分化的试剂体系提供初步依据。
如果课题能预期获得碱性成纤维细胞生长因子在血细胞形成过程中的动力学变化，加强成血管血液干细胞的发育分化研究，将有利于优化胚胎干细胞向造血干细胞分化的试剂体系，提高分化效率，高效获得造血干细胞，更有利于提高造血干细胞的临床应用价值，同时将为干细胞治疗白血病等恶性血液病开拓新思路和提供理论依据。见2010年14期第2579页。
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Abstract
BACKGROUND: Although induced pluripotent stem cells (iPSCs) have similar morphological, epigenetic and gene expression characteristics as embryonic stem cells (ESCs), this research is at a very early stage and many fundamental questions remain such as security and efficiency.
OBJECTIVE: To review empirical study of iPSCs.
METHODS: A computer-based online search of Medline, Ovid, CNKI, and EBSCO databases was undertaken for the literature of iPSCs. The key words were “induced pluripotent stem cells, embryonic stem cells, somatic cells, reprogramming, induction, transcription factor”.
RESULTS AND CONCLUSION: iPSCs of specific genes, mainly through import, reprogram somatic cells. Its specific genes
include Oct 4, Sox2, c-Myc, Klf4, Nanog, Lin-28. These exogenous transcription factors can activate endogenous Oct4 and Sox2 expression, which contribute to form a network of self-regulation and to maintain iPSCs pluripotent. However, the specific mechanism of reprogramming remains unclear.
Bian HT, Huang W, Li SY. Reprogramming of induced pluripotent stem cells.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu. 2010;14(45):8487-8490. [http://www.crter.cn http://en.zglckf.com]
摘要
背景：诱导性多能干细胞在形态学、表观遗传修饰、基因表达等方面与胚胎干细胞十分相似，但对其研究尚在初级阶段，且安全性和高效性是诱导性多能干细胞应用面临的主要问题。 目的：对诱导性多能干细胞的实验研究进行综述。
方法：应用计算机检索Medline数据库、Ovid数据库、CNKI、EBSCO数据库与诱导性多能干细胞相关文献。检索词为“诱导性多能干细胞、胚胎干细胞、体细胞、重编程、诱导、转录因子，induced pluripotent stem cells、Embryonic stem cells、Somatic cells、reprogramming、induction、Transcription factor”。
结果与结论：诱导性多能干细胞获得主要通过导入特定的基因，使体细胞重编程，其特定基因包括Oct 4、Sox2、c-Myc、Klf4、Nanog、Lin-28。目前认为，体细胞通过导入外源性的转录因子可以激活内源性的Oct4 与Sox2 的表达，并在细胞内迅速形成一个自我调节的网络用以维持诱导性多能干细胞的多能性，并使其保持多能性。但对于重编程的具体机制仍不是很清楚。
关键词：诱导性多能干细胞；胚胎干细胞；重编程；转录因子；干细胞 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.45.030
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多向分化潜能，为细胞替代治疗、基因治疗提供0 引言 良好的种子细胞。但目前对诱导性多能干细胞的研究仍处于起步阶段，有很多问题需要解决，面诱导性多能干细胞是指通过载体将胚胎干临的首要问题是诱导性多能干细胞获得的安全细胞特异性的转录因子导入体细胞中， 使体细性和高效性，将上述问题解决好，诱导性多能干胞重编程，分化成具有胚胎干细胞样特性和功细胞才有希望更好更快地应用于临床。阐明重编能的多能干细胞。形成的诱导性多能干细胞在程的具体机制对解决好安全性和高效性两大问形态学、表观遗传修饰、基因表达等方面与胚题显得极其重要。
胎干细胞十分相似[1]。诱导性多能干细胞的研究目前对重编程的研究只能是通过导入外源使人们不需要破坏胚胎就可以得到类胚胎干细性基因的方法，至于对导入外源性基因后如何引胞样的多能干细胞， 解决了使用胚胎的伦理问起细胞重编程的具体机制还知之甚少，有待于进题， 为干细胞的研究、人类疾病发生机制、新一步更深入的研究。
药筛选和再生医学的研究提供新的方法和技针对目前关于诱导性多能干细胞重编程的术，对将来的医学研究有着重要的理论意义。
实验研究进行综述，为更好的研究和利用诱导性诱导性多能干细胞的研究价值在于其具有
多能干细胞鉴定了理论基础。
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH 万方数据
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Department of
Neurology, 2Molecule Center Laboratory, Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
Bian He-tao★,
Studying for master’s degree, Department of Neurology, SecondAffiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
Huang Wei,
Associate professor, Master’s supervisor, Associate chief physician, Department of
Neurology, Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
huangwei94@tom . com
Bian He-tao and Huang Wei
contributed equally tothis article.
Correspondence to: Li Shi-yong, Doctor, Molecule Center Laboratory, Second Affiliated Hospital, Nanchang University, Nanchang 330006, Jiangxi Province, China
Received: 2010-06-10 Accepted: 2010-07-20
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卞合涛，等．诱导性多能干细胞的重编程
南昌大学第二附属医院，12神经内科，分子中心实验室，江西省南昌市 330006
卞合涛★，男，1982省临沂市人，年生，山东南昌大学第二附属医院神经内科在读硕士，主要从事干细胞的相关研究。[email protected]
并列第一作者：黄卫，女，副教授，硕士生导师，南昌大学第二附属医院神经内科副主任医师，主要从事干细胞的研究。 huangwei94@ tom.com
通讯作者：李士勇，博士，南昌大学第二附属医院分子中心实验室，江西省南昌市 330006 syliwy@gmail. com
中图分类号:R394.2 文献标识码:A
文章编号: 1673-8225 (2010)45-08487-04
收稿日期：2010-06-10修回日期：2010-07-20([1**********]/GW·Q)
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万方数据
1 资料和方法
1.1 文献检索
检索人相关情况：第一作者。 检索文献时限：2006-09/2010-04。 检索数据库：Medline数据库、Ovid数据库、
CNKI、EBSCO数据库。
检索关键词：中文检索词：“诱导性多能干细
胞、胚胎干细胞、体细胞、重编程、诱导、转录因子”；英文检索词：“induced pluripotent stem cells、Embryonic stem cells、Somatic cells、reprogramming、induction、Transcription factor”。
检索文献类型：综述及实验研究。 检索文献量：共检索到文献120篇。
1.2 纳入及排除标准
纳入标准：纳入与诱导性多能干细胞相关文
献。
排除标准：排除重复性研究和缺乏原创性研
究。
1.3 文献质量评价 初检得到120篇文献，阅读文题及摘要排除75篇相关性不强的文献，对剩余的45篇进一步查找全文，保留21篇符合标准的文献进行综述。
2 结果 2.1 诱导性多能干细胞 诱导性多能干细胞，是由体细胞诱导而成的多能干细胞，具有和胚胎干细胞类似的多向分化潜能。2006-07日本科学家Yamanaka等[2]
在世界范围内首次宣布利用小鼠的成纤维细胞诱导形成了多能干细胞，并命名为诱导性多能干细胞。随后2007年， 美国Jaenisch研究组重复并改进了Yamanaka 的诱导形成诱导性多能干细胞方法，他们所建立的小鼠诱导性多能干细胞在体外可无限的扩增和分化为机体的任何一种细胞，而且注入囊胚后可产生嵌合体和生殖细胞[3]。2007-11，日本和美国的科学家相继宣布可以利用人的体细胞诱导成诱导性多能干细胞细胞[4]，同年，美国的Jaenisch研究组又利用患有镰刀状贫血小鼠的成纤维细胞建立了诱导性多能干细胞， 并进一步通过基因打靶技术修正了疾病基因[5]。以上诱导性多能干细胞的获得及研究都是建立在对胚胎干细胞多年的广泛研究基础之上，今后，诱导性多能干细胞的体外大量扩增、定向分化及其体
内的移植也都离不开对胚胎干细胞的研究。总之，诱导性多能干细胞是在对胚胎干细胞研究基础上发展起来的一种多能干细胞。 2.2 重编程的候选基因 诱导性多能干细胞重编程中选择合适的基因至关重要。人们通过对胚胎干细胞多年的研究发现，维持胚胎干细胞的多能性大约有24个基因[6]，人们就尝试在24个候选基因中选出某些重要基因导入体细胞中，看体细胞是否也具有多能性，经过多年的试验，2006年小鼠的诱导性多能干细胞及2007年人的诱导性多能干细胞相继问世。有学者对候选基因之间的复杂关系进行了研究，发现除了Oct4外，Sox2、c-Myc、 Klf4、Nanog、Lin-28等都可被其他的转录因子替代，从另一方面证明了Oct4是诱导形成诱导性多能干细胞细胞的必需基因。
Oct 4：Oct4(octamer-binding transcription
factor 4)是Oct家族中的一员，又称Oct3或Pou5f1，含有POU结构域，被认为是体细胞重编程形成诱导性多能干细胞所必需的基因。最早发现其在未受精的卵母细胞、原始生殖细胞、胚胎干细胞中特异性的表达[2]。随后发现胚胎内细胞团的生长及胚胎干细胞的分化与Oct4的表达紧密相关，尤其是在胚胎干细胞的分化过程中。胚胎干细胞的未分化、可塑状态的维持可依赖于Oct4的很窄范围内的低表达，随后其表达上调约2倍后可使其分化为原始的内胚层和中胚层[7]。但如果强制抑制Oct4在胚胎干细胞中的表达将会直接导致其失去多能性并向滋养外胚层分化[8]。Oct家族成员中与Oct 4密切相关的还有Oct 1和 Oct 6，但目前的研究还未发现它们与胚胎干细胞多能性的维持有关[9]。可见，Oct4与胚胎干细胞多能性的维持是紧密相关的。
Sox2：Sox2是HMG框家族成员之一，是一种被认为与胚胎干细胞自我更新有关的转录因子，它对维持胚胎干细胞的多能性至关重要。Sox2除了在胚胎干细胞中表达外，还在胚外外胚层、滋养干细胞及中枢神经系统发生中的干细胞中表达[8]。Sox2 和Oct4可以形成二聚体，人类的胚胎干细胞已发现有1279个Sox2结合位点，623个Oct4结合位点，它们当中有404个结合位点是重合的[10]。以前认为Sox2与Oct4一样，都是维持胚胎干细胞多能性所必需的基因，而最近研究发现，过量表达Oct4后可以弥补Sox2的作用，即Oct4可以代替Sox2的作用[11]。同时也发现对于重编程，Sox2也
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可以被Sox家族的其他成员例如Sox1、Sox3所替代。 c-Myc：c-Myc是HLH家族成员之一，是一种被早期发现的癌基因。同时也发现它是一种与细胞功能有关的多效性转录因子，这些细胞功能包括细胞周期调控、增殖、生长、分化、代谢等。c-Myc的表达与细胞的生长密切相关，在细胞处于相对静止状态时，c-Myc几乎不表达，而当细胞进入快速增殖时，它的表达会迅速上调。c-Myc目前被认为在诱导性多能干细胞形成中起到提高克隆形成率的作用，是一种非必需基因。 Klf4：Klf4具有锌指结构，是一种表达于多种组织的转录因子，例如肠上皮细胞、肾脏、皮肤等组织。Klf4可依据不同的靶基因或受体具有促进或抑制的双重作用。有研究发现在体细胞中过表达Klf4会阻止细胞周期于G1~S期，抑制DNA的复制，最终抑制细胞的增殖[12]。在人类直肠癌中，发现Klf4的表达是下调的[13]。在诱导性多能干细胞形成中，Klf4的具体作用目前还不明确，有研究发现它可以通过抑制p53的表达而上调Nanog[14]。重编程中，Klf属于非必须基因，可以被Klf家族的其他成员例如Klf42和Klf5所取代，也可以被其他转录因子如Nanog 或Lin-28取代[15]。
Nanog：Nanog是人们在研究胚胎干细胞的多能性中发现的一种转录因子，后来由Smith等命名为Nanog。像Oct4 、Sox2 一样，Nanog也是胚胎干细胞特异性的多能因子，早期可表达于桑椹胚和囊胚的内细胞团中，在发育中表达于外胚层。在维持胚胎干细胞的多能性中，Nanog被认为起到协助作用，同时最新研究发现，缺少Nanog的胚胎干细胞几乎失去了自我复制的能 力[16]。在诱导性多能干细胞形成过程中，Nanog可以协助Oct 4 和Sox2发挥作用，但不是必须基因，缺少Nanog对诱导形成诱导性多能干细胞的效率也几乎没什么明显的影响。总之，在诱导性多能干细胞的形成过程中，Nanog可能是通过调节其下游基因的表达而发挥作用的，属于非必须基因[17]。
Lin-28：Lin-28是一高度保守的RNA结合蛋白，受miRNA的调节[18]。对于哺育动物，Lin-28特异性的表达于胚胎干细胞及胚胎早期，但对于胚胎晚期及成体中其表达量却很少
[19]
。目前很多实验室已证实了Lin-28
在干细胞及体细胞中起到“翻译增强子”的作用，它通过结合特异的mRNA增强稳定性并最终保证高效的形成特异性的组织
[18]
。
Wnt家族最近也被发现参与体细胞的重编程。Marson 等在研究中发现，在体细胞重编程为诱导性多能干细胞的体系中添加Wnt3a，激活Wnt 家族的经典途径中的β-catenin的活性，可以明显的提高诱导效率。同时也发现Wnt信号参与重编程必须有其他相关因子的参与才能起作用，推测Wnt基因家族可能是通过调节其下游基因 Oct4、Sox2 和Nanog等的表达而行使其
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在诱导性多能干细胞生成中的作用。
2.3 重编程的机制 细胞的重编程是一个极其复杂的过程，其机制的研究对诱导性多能干细胞细胞的制备、制备效率的提高、安全性的评估、临床应用都有着非常重要的作用。目前关于重编程的机制普遍认为，体细胞通过导入外源性的转录因子可以激活内源性的Oct4 与Sox2 的表达，一旦内源性的 Oct4 与 Sox2得以表达后，便会迅速在细胞内形成一个自我调节的网络用以维持 诱导性多能干细胞的多能性，此后即不再需要外源性基因的诱导与维持[20]。对于在重编程中每种转录因子的具体作用、不同转录因子的组合是否通过相似的机制等问题人们还知之甚少，还有待于进一步的研究。 2.4 需要解决的问题 诱导性多能干细胞的问世成为干细胞研究领域的里程碑，为备受争议的胚胎干细胞的应用提出新的解决方案，但诱导性多能干细胞真正用于临床仍需一段时间，还存在以下问题有待于更好去解决与思考：①反转录病毒和慢病毒载体导致肿瘤发生的潜在风险。②制备诱导性多能干细胞细胞的低效率；以上问题的解决有待于从根本上阐明体细胞重编程的分子调控机制[21]。 3 讨论 诱导性多能干细胞的出现为干细胞的研究和应用带来了革命性的变化，近几年对诱导性多能干细胞的研究取得了一定的成绩，但目前诱导性多能干细胞的获得只能通过导入Oct4等外源性的转录因子使体细胞重编程，而对于重编程的具体机制也不是很清楚。只有进一步了解重编程的机制，才能更好的提高诱导性多能干细胞的生成效率和安全性，这样，诱导性多能干细胞应用于临床就指日可待了。
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卞合涛，等．诱导性多能干细胞的重编程
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R 2010年版权归《中国组织工程研究与临床康复》杂志社所有组织工程牙的进一步研究提供了理论基础。
碱性成纤维细胞生长因子与不同来源间充质干细胞的调控：本刊中文部①
1 碱性成纤维细胞生长因子与猴骨髓间充质干细胞增殖及向神经元前体细胞分化：不同质量浓度对诱导剂隐丹参酮作用有差异吗？ 2 胰岛素样生长因子Ⅰ和碱性成纤维细胞生长因子对人类牙乳头间充质细胞增殖和分化的影响
3 碱性成纤维细胞生长因子对胚胎干细胞来源集落形成细胞的作用
4 体外培养条件下人骨髓间充质干细胞碱性成纤维细胞生长因子基因的转染与鉴定 5 人脐带Wharton’s jelly源间充质干细胞培养中碱性成纤维细胞生长因子的作用 6 碱性成纤维细胞生长因子对人前脂肪细胞增殖和分化的影响
7 锌及碱性成纤维细胞生长因子单独或联合应用体外培养骨髓间充质干细胞的生长及增殖
8 外源性碱性成纤维细胞生长因子对大鼠肌源性干细胞增殖的影响
9 碱性成纤维细胞生长因子和Noggin诱导
人羊水来源干细胞向神经细胞分化的差异比较 10 生长因子对骨骼肌肌源性干细胞增殖的影响
1 碱性成纤维细胞生长因子与猴骨髓间充质干细胞增殖及向神经元前体细胞分化：不同质
量浓度对诱导剂隐丹参酮作用有差异吗？ 刘晓刚(北京市垂杨柳医院病理科，北京市 100022)
推荐理由：利用中药提取物作为诱导剂，诱导过程安全，并且可以有效地将骨髓间充质干细胞在体外诱导分化为神经前体细胞，从而为神经系统损伤性疾病的治疗提供种子细胞。实验采用猴为观察对象，其遗传背景与人类更为接近，实验结果更具有应用价值。
在进行骨髓间充质干细胞诱导分化治疗神经损伤性疾病时，要在诱导时间、细胞生长因子浓度等多方面综合考虑，才能保证治疗的有效性。见2010年10期第1813页。
2 胰岛素样生长因子Ⅰ和碱性成纤维细胞生长因子对人类牙乳头间充质细胞增殖和分化的影响
谢家敏(泰州市人民医院口腔科，江苏省泰州市 225300)
推荐理由：实验在建立人类牙乳头间充质细胞培养模型的基础上，观察不同浓度的胰岛素样生长因子Ⅰ和碱性成纤维细胞生长因子对人类牙乳头间充质细胞的增殖及碱性磷酸酶活性的影响，结果表明胰岛素样生长因子Ⅰ与碱性成纤维细胞生长因子联用，对细胞增殖及对增加细胞的碱性磷酸酶活性有协同作用。这为
组织工程牙相关问题的研究，目前仍处于探索阶段。随着相关组织工程研究的不断深入，牙组织工程的研究将逐步深入，实验对探讨影响人类牙乳头间充质细胞增殖和分化的因素提供了参考依据，对进一步揭示人类牙乳头间充质细胞向成牙本质细胞分化成熟的基质提供理论参考。见2010年1期第1页。
3 碱性成纤维细胞生长因子对胚胎干细胞来源集落形成细胞的作用
李 娜 (滨州医学院病理生理学教研室，山东省烟台市 264003)
推荐理由：有研究表明，在卵黄囊造血、胎肝造血和在胚胎干细胞向造血干细胞分化过程中，碱性成纤维细胞生长因子可强烈表达。本实验在拟胚体培养阶段施加碱性成纤维细胞生长因子，验证碱性成纤维细胞生长因子对集落形成细胞产生的调控作用，为优化优化胚胎干细胞向造血干细胞分化的试剂体系提供初步依据。
如果课题能预期获得碱性成纤维细胞生长因子在血细胞形成过程中的动力学变化，加强成血管血液干细胞的发育分化研究，将有利于优化胚胎干细胞向造血干细胞分化的试剂体系，提高分化效率，高效获得造血干细胞，更有利于提高造血干细胞的临床应用价值，同时将为干细胞治疗白血病等恶性血液病开拓新思路和提供理论依据。见2010年14期第2579页。
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