技术名称iPS技术 18301050081徐时敏 技术原理 Aduit Ce目 iPS细胞建立的简单过程 iPS细胞建立的过程主要包括 (1)分离和培养宿主细胞; (2)通过病毒介导,或者其他的方式将若 干多个多能性相关的基因导入宿主细胞:●e·@◎ce國恋 一批“四=如把 (3)将病毒感染后的细胞种植于饲养层细 胞上,并于ES细胞专用培养体系中培 养,同时在培养中根据需要加入相应 的小分子物质以促进重编程; (4)出现ES样克隆后进行iPS细胞 的鉴定(细胞形态、表观遗传学、体 外分化潜能等方面)。 二怎物通 二、技术应用 iPs细胞在治疗血液疾病的应用 Ⅻu等将iPS细胞诱导分化为内皮前体细胞,然后移植到患有血友病小鼠的肝脏 中,使病鼠出血不止的症状得到了有效地改善。 Hanna等人将患病小鼠尾尖成 纤维细胞重编程为iPS细胞,然后通过同源重组的方法用人野生型pA.珠蛋 白基因替代了pass珠蛋白基因,接着把遗传修饰后的iPS细胞定向分化为造血 祖细胞(HPs),并将纯化后的HPs移植入hps/llps雄性小鼠中,Has有效地 抑制了镰刀形红细胞贫血症症状。日本用人类iPS细胞制成血小板,日本东京 大学干细胞生物学教授中内启光最近成功地用人类诱导多功能干细胞(iPS细 胞)培养出血小板,这在世界尚属首次。中内启光等研究人员采用与日本京都大 学教授山中伸弥同样的方法.向人类皮肤细胞植入基因,制成iPS细胞。在培 养iPS细胞时,研究人员添加了人类骨髓细胞以及促进细胞増殖的蛋白质等物 质结果iPS细胞分化成了血小板的前身巨核细胞;之后,巨核细胞进一步分化
技术名称 iPS 技术 18301050081 徐时敏 一、技术原理 iPS 细胞建立的简单过程 iPS 细胞建立的过程主要包括： （1）分离和培养宿主细胞； （2）通过病毒介导,或者其他的方式将若 干多个多能性相关的基因导入宿主细胞； （3）将病毒感染后的细胞种植于饲养层细 胞上，并于 ES 细胞专用培养体系中培 养，同时在培养中根据需要加入相应 的小分子物质以促进重编程； （4）出现 ES 样克隆后进行 iPS 细胞 的鉴定（细胞形态、表观遗传学、体 外分化潜能等方面）。 二、技术应用 iPS 细胞在治疗血液疾病的应用 Xu 等将 iPS 细胞诱导分化为内皮前体细胞，然后移植到患有血友病小鼠的肝脏 中，使病鼠出血不止的症状得到了有效地改善。Hanna 等人将患病小鼠尾尖成 纤维细胞重编程为 iPS 细胞，然后通过同源重组的方法用人野生型 p A.珠蛋 白基因替代了 pass 珠蛋白基因,接着把遗传修饰后的 iPS 细胞定向分化为造血 祖细胞 (HPs),并将纯化后的 HPs 移植入 hps /llps 雄性小鼠中，Has 有效地 抑制了镰刀形红细胞贫血症症状。日本用人类 iPS 细胞制成血小板，日本东京 大学干细胞生物学教授中内启光最近成功地用人类诱导多功能干细胞(iPS 细 胞)培养出血小板，这在世界尚属首次。中内启光等研究人员采用与日本京都大 学教授山中伸弥同样的方法．向人类皮肤细胞植入基因，制成 iPS 细胞。在培 养 iPS 细胞时，研究人员添加了人类骨髓细胞以及促进细胞增殖的蛋白质等物 质结果 iPS 细胞分化成了血小板的前身巨核细胞；之后，巨核细胞进一步分化
成血小板。血小板是哺乳动物血液的重要成分之一,具备收缩血管,形成止血 栓,帮助止血等功能。手术中使用的血小板现在主要通过献血采集,在这种情 况下血小板只能保存几天,十分不便。研究人员说.这项研究成果也表明,从 技术上来说.用iPS细胞培育人类红细胞和白细都是有可能的。 体细胞核移植技术 利用iPS细胞作为核供体细胞,同适 当的受体细胞融合后便可以直接获得 体组题/f5多魔于、转基因动物。因此,将iS细胞诱导 技术同动物转基因技术相结合不仅可 代孕鼠 以提高动物的遗传本质,而且可以打 破物种的界限,获得用传统的交配方 amana aad Jatish groups, :0. :09 法无法得到的动物新性状。2010年, 中国的两个研究团队在世界上首次建立了猪的iPS细胞系,填补了小鼠与人之 间的空白。中国科学院广州生物医药与健康硏究院裴端卿研究 团队从西藏微型猪的胚胎中分离成纤维细胞,再用逆转录病毒将转录因子导入 成纤维细胞中,成功诱导了猪的iPS细胞系Il”。中国科学院上海生物化学与 细胞生物学研究所肖磊研究小组,运用可诱导(Tet-on/of系统)的慢病毒表达 系统表达转录因子把猪成体细胞成功地重编程到多能干细胞状态,经过进一步 筛选、鉴定,最终也获得符合多能干细胞标准的猪iPS细胞系1。这是世界首 次培育出驯化的有蹄类动物的多能干细胞。猪在生理上与人的差异相对较小, 因此,猪iPS细胞的建立具有重要意义: 第一,我们可以使用诱导干细胞修改猪的与免疫有关的基因,从而让猪的器官 与人类免疫系统兼容; 第二,许多人类疾病是由基因表达障碍造成的,我们可以修改干细胞中猪的基 因,并培育出携带同样基因障碍的猪,然后使用这种猪模型开发治疗这种疾病
成血小板。血小板是哺乳动物血液的重要成分之一，具备收缩血管，形成止血 栓，帮助止血等功能。手术中使用的血小板现在主要通过献血采集，在这种情 况下血小板只能保存几天，十分不便。研究人员说．这项研究成果也表明，从 技术上来说．用 iPS 细胞培育人类红细胞和白细都是有可能的。 体细胞核移植技术 利用 iPS 细胞作为核供体细胞，同适 当的受体细胞融合后便可以直接获得 转基因动物。因此，将 iPS 细胞诱导 技术同动物转基因技术相结合不仅可 以提高动物的遗传本质，而且可以打 破物种的界限，获得用传统的交配方 法无法得到的动物新性状。2010 年， 中国的两个研究团队在世界上首次建立了猪的 iPS 细胞系，填补了小鼠与人之 间的空白。中国科学院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究。 团队从西藏微型猪的胚胎中分离成纤维细胞，再用逆转录病毒将转录因子导入 成纤维细胞中，成功诱导了猪的 iPS 细胞系 Il”。中国科学院上海生物化学与 细胞生物学研究所肖磊研究小组，运用可诱导(Tet-on／of 系统)的慢病毒表达 系统表达转录因子把猪成体细胞成功地重编程到多能干细胞状态，经过进一步 筛选、鉴定，最终也获得符合多能干细胞标准的猪 iPS 细胞系 ll。这是世界首 次培育出驯化的有蹄类动物的多能干细胞。猪在生理上与人的差异相对较小， 因此，猪 iPS 细胞的建立具有重要意义： 第一，我们可以使用诱导干细胞修改猪的与免疫有关的基因，从而让猪的器官 与人类免疫系统兼容； 第二，许多人类疾病是由基因表达障碍造成的，我们可以修改干细胞中猪的基 因，并培育出携带同样基因障碍的猪，然后使用这种猪模型开发治疗这种疾病
的法; 第三,利用iPS技术培育出一种准确的转基因猪,改善它对某种疾病的耐性, 从而改善畜牧业。目前,在牛、羊等其它大家畜中尚无这方面的报道,如果我 们能够建立这些动物的iPS细胞,并应用其来生产基因打靶或转基因动物,必 然会提高转基因动物的效率,为转基因研究开创一片更加广阔的天地。 鼠角膜上皮细胞的培育 日本科学家用诱导多功能干细胞(iPS细胞)培育出了鼠角膜上皮细胞。日本庆 应大学教授坪田一男等研究人员获得的这一研究成果。他们将iPS细胞用添加 的特殊蛋白质加以培养,使其成功分化为另一种细胞。后者能进一步分化成实 验鼠的多个部位的上皮细胞。研究人员从中找到了能分化成鼠角膜的上皮细 胞,并成功使其增殖。硏究人员还证明这种角膜上皮细胞能移植给原先所属的 老鼠。日本科学家的这项成果有助于解决异体角膜移植所出现的排异反应问 题 开发疾病治疗新方法 Dimos和 Ebert等人分别建立了肌萎缩侧索硬化症(ALS)和脊髓性肌萎缩(SMA) 患者特异性iPS细胞。通过定向诱导分化,将患者特异性的iPS细胞成功分化 成了运动神经元。这些由患者来源的iPS细胞分化等的运动神经元为人们提 供了一个体外研究ALS和SMA疾病的系统。在研究清楚了ALS和SMA患者运 动神经元的致病机制后,还可在患者特异的iPS细胞中通过遗传修饰来纠正 基因缺陷,再分化得到功能正常的运动神经元,以进行移植治疗。此外,Park 和 Soldner建立了多种遗传病患者特异性的iPS细胞系,包括帕金森病、亨廷 顿病、唐氏综合征/三染色体21等。Loh等成功地以人血液细胞为体细胞供 体,诱导出了iPS细胞,使得构建一些病症突变只局限于血液细胞的患者特 异性iPS细胞成为可能。Park等{3}将人iPS细胞体外分化并分离得到原始 生殖细胞第一章(PGCs)。PGCs在基因表达上与体内分离的PGCs极为相似。如 果能够进一步将这些PGCs分化为精子和卵子,就可帮助患者解决不孕问题
的法； 第三，利用 iPS 技术培育出一种准确的转基因猪，改善它对某种疾病的耐性， 从而改善畜牧业。目前，在牛、羊等其它大家畜中尚无这方面的报道，如果我 们能够建立这些动物的 iPS 细胞，并应用其来生产基因打靶或转基因动物，必 然会提高转基因动物的效率，为转基因研究开创一片更加广阔的天地。 鼠角膜上皮细胞的培育 日本科学家用诱导多功能干细胞（iPS 细胞)培育出了鼠角膜上皮细胞。日本庆 应大学教授坪田一男等研究人员获得的这一研究成果。他们将 iPS 细胞用添加 的特殊蛋白质加以培养，使其成功分化为另一种细胞。后者能进一步分化成实 验鼠的多个部位的上皮细胞。研究人员从中找到了能分化成鼠角膜的上皮细 胞，并成功使其增殖。研究人员还证明这种角膜上皮细胞能移植给原先所属的 老鼠。日本科学家的这项成果有助于解决异体角膜移植所出现的排异反应问 题。 开发疾病治疗新方法 Dimos 和 Ebert 等人分别建立了肌萎缩侧索硬化症(ALS)和脊髓性肌萎缩(SMA) 患者特异性 iPS 细胞。通过定向诱导分化，将患者特异性的 iPS 细胞成功分化 成了运动神经元。这些 由患者来源的 iPS 细胞分化等的运动神经元为人们提 供了一个体外研究 ALS 和 SMA 疾病的系统。在研究清楚了 ALS 和 SMA 患者运 动神经元的致病机制后， 还可在患者特异的 iPS 细胞中通过遗传修饰来纠正 基因缺陷，再分化得到功能正常的运动神经元，以进行移植治疗。此外，Park 和 Soldner 建立了多种遗传病患者特异性的 iPS 细胞系，包括帕金森病、亨廷 顿病、唐氏综合征／三染色体 21 等。Loh 等成功地以人血液细胞为体细胞供 体 ，诱导出了 iPS 细胞 ，使得构建一些病症突变只局限于血液细胞的患者特 异性 iPS 细胞成为可能。Park 等{3}将人 i P S 细胞体外分化并分离得到原始 生殖细胞第一章(PGCs)。PGCs 在基因表达上与体内分离的 PGCs 极为相似。如 果能够进一步将这些 PGCs 分化为精子和卵子，就可帮助患者解决不孕问题
在生物学基础研究中的应用 细胞重编程是一个复杂的过程,除了受细胞内因子调控外,还受到细胞外信号 通路的调控。对于0ct4、Sox2和 Nanog等维持干细胞自我更新能力的转录因子 的研究正在逐渐地展开。2009年4月, Zhong等报道 Nanog的一种表达调控方 式,他们发现一种转录共激活因子p300可以结合到 Nanog的转录调控区域并激 活 Nanog的表达。该研究组还发现PARP1可以给Sox2加上PAR修饰并引起 Sox2的降解,进而调节FGF4的表达16引。BMP是调节iPS细胞多能性的重要 的信号通路,清华大学陈烨光研究组和中国科学院遗传与发育生物学研究所韩 敬东研究组[691合作发现,BMP信号通路的关键分子SMAD1/5和SMAD4结合到 一类发育调控基因上并影响干细胞的分化。然而,关于iPS细胞维持其自我更 新和多能性的分子机制的认识目前还很有限,今后的研究中将逐渐阐明各种信 号通于维持iPS细胞多能性的作用,筛选到合适的生长因子,优化培养条件, 为将iPS细胞应用于临床打下基础。 、技术优点 1、与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同,iPS技术不使用胚胎细 胞或卵细胞,因此没有伦理学的问题。 2、利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞,所以不会有免疫 排斥的问题。 四、技术缺点 由于iPS细胞自身的安全性问题,到2012为止,iPS细胞还无法应用于临 床治疗,要得到安全实用的有临床应用价值的治疗型iPS细胞,必须避免使用 整合性病毒以及有致癌性的外源基因。根据iPS细胞在短时间内取得的一系列 突破,可以预见,iPS细胞必将解决人类面临的各种疾患。但是还面临许多急 待突破瓶颈和需要深入研究的领域: (1)研究iPS细胞自我复制、增殖和分化等的调控机制及iPS细胞体外定 向诱导分化机制;
在生物学基础研究中的应用 细胞重编程是一个复杂的过程，除了受细胞内因子调控外，还受到细胞外信号 通路的调控。对于 Oct4、Sox2 和 Nanog 等维持干细胞自我更新能力的转录因子 的研究正在逐渐地展开。2009 年 4 月，Zhong 等报道 Nanog 的一种表达调控方 式，他们发现一种转录共激活因子 p300 可以结合到 Nanog 的转录调控区域并激 活 Nanog 的表达。该研究组还发现 PARP1 可以给 Sox2 加上 PAR 修饰并引起 Sox2 的降解，进而调节 FGF4 的表达 l6 引。BMP 是调节 iPS 细胞多能性的重要 的信号通路，清华大学陈烨光研究组和中国科学院遗传与发育生物学研究所韩 敬东研究组[691 合作发现，BMP 信号通路的关键分子 SMAD1／5 和 SMAD4 结合到 一类发育调控基因上并影响干细胞的分化。然而，关于 iPS 细胞维持其自我更 新和多能性的分子机制的认识目前还很有限，今后的研究中将逐渐阐明各种信 号通于维持 iPS 细胞多能性的作用，筛选到合适的生长因子，优化培养条件， 为将 iPS 细胞应用于临床打下基础。 三、技术优点 1、与经典的胚胎干细胞技术和体细胞核移植技术不同，iPS 技术不使用胚胎细 胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。 2、利用 iPS 技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，所以不会有免疫 排斥的问题。 四、技术缺点 由于 iPS 细胞自身的安全性问题，到 2012 为止，iPS 细胞还无法应用于临 床治疗，要得到安全实用的有临床应用价值的治疗型 iPS 细胞，必须避免使用 整合性病毒以及有致癌性的外源基因。根据 iPS 细胞在短时间内取得的一系列 突破，可以预见，iPS 细胞必将解决人类面临的各种疾患。但是还面临许多急 待突破瓶颈和需要深入研究的领域： （1）研究 iPS 细胞自我复制、增殖和分化等的调控机制及 iPS 细胞体外定 向诱导分化机制；
(2)充分评价iPS细胞临床应用的安全性; (3)建立无遗传修饰的iPS细胞制备方法(如仅利用蛋白或小分子化合 物即将人的细胞重编程为iPS细胞)。 参考文献 http://www.lifeomics.com/?p=22398
（2）充分评价 iPS 细胞临床应用的安全性； （3）建立无遗传修饰的 iPS 细胞制备方法（ 如仅利用蛋白或小分子化合 物即将人的细胞重编程为 iPS 细胞）。 参考文献 http://www.lifeomics.com/?p=22398