胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化探究進(jìn)展

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1、胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化探究進(jìn)展［關(guān)鍵詞］胚胎干細(xì)胞；體外誘導(dǎo)分化［中圖分類號(hào)］R318［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1673-7210(2007)06(c)-008-02自1981年英國的Evans等［1］和美國的Martin［2］相繼從小鼠囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離建立胚胎干細(xì)胞系以來，胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化的研究就一直是各國學(xué)者感興趣的課題。目前，已從胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)出卵黃囊、血島、神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、血管和內(nèi)皮等結(jié)構(gòu)及細(xì)胞。利用胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化的成果可望發(fā)展出治療多種疾病的新方法，將在人體早期發(fā)育、基因功能、藥物開發(fā)、細(xì)胞治療和組織

2、器官替代治療中發(fā)揮重要作用，并成為組織器官移植的新資源。1ES細(xì)胞的特性胚胎干細(xì)胞(embryonicstemcell,ES細(xì)胞)是從早期胚胎(桑棋胚、囊胚)或原始生殖細(xì)胞(primordialgermcell,PGCS)分離出來的能在體外永久培養(yǎng)的、具有多方向分化潛能和種系嵌合能力的細(xì)胞系。目前有關(guān)ES細(xì)胞特征的研究主要來源于小鼠的實(shí)驗(yàn)。小鼠ES細(xì)胞系的特征包括：①能大量繁殖并保持未分化狀態(tài)；②在一定條件下具有向三個(gè)胚層組織和細(xì)胞分化的全能性；③能夠形成嵌合體動(dòng)物，即ES,細(xì)胞具有種系傳遞功能；④易于進(jìn)行基因改造操作。2ES細(xì)胞體外誘

3、導(dǎo)分化的細(xì)胞類型或結(jié)構(gòu)新近大部分胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)類型分化的實(shí)驗(yàn)都集中在小鼠實(shí)驗(yàn)中，小鼠胚胎干細(xì)胞在體外分化的細(xì)胞類型或結(jié)構(gòu)主要有下列幾種：2.1造血細(xì)胞W訂es提出了ES細(xì)胞體外分化產(chǎn)生紅細(xì)胞、髓細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等一系列造血系統(tǒng)的細(xì)胞的報(bào)道［3］。這表明在合適的培養(yǎng)條件下，ES細(xì)胞是可以分化為造血細(xì)胞，但是這種條件中需有胎牛血清，在此血清中含有一些因子，對(duì)ES細(xì)胞向造血細(xì)胞分化起著重要作用。如果沒有胎牛血清，ES細(xì)胞向造血細(xì)胞分化的效率極低。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)ES細(xì)胞用B-藐基乙醇(B-ME)等藥物處理，可發(fā)育成擬胚體(EB)o然后,用胰蛋白酶消化

4、成單個(gè)細(xì)胞，經(jīng)干細(xì)胞因子(SCF)、血小板生成素(TPO)和胚胎細(xì)胞條件培養(yǎng)液處理，可使其定向分化為造血干細(xì)胞［4］。這一重要進(jìn)展不僅為分析研究ES細(xì)胞分化，為造血干細(xì)胞的早期決定及分化機(jī)制和過程提供了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停乙矠榕R床上移植或輸血應(yīng)用的血液找到了一個(gè)新的突破口。2.2血管和內(nèi)皮細(xì)胞叢笑倩等［5］將小鼠ES細(xì)胞單層培養(yǎng)在含重組轉(zhuǎn)化生長因子B1(TGF-B1)的I型膠原蛋白為基質(zhì)的三維系統(tǒng)內(nèi)，或直接將過度表達(dá)TGF-B1的ES細(xì)胞單層培養(yǎng)在I型膠原蛋白為基質(zhì)的三維系統(tǒng)內(nèi)都能獲得內(nèi)皮細(xì)胞組成的血管樣結(jié)構(gòu)。此外用重組TGF-B1處理的ES

5、細(xì)胞中，能檢測(cè)到堿性成纖維細(xì)胞生長因子（bFGF）基因表達(dá)。這些結(jié)果提示TGF-B1可能調(diào)節(jié)ES細(xì)胞和（或）其分化細(xì)胞的bFGF基因表達(dá),bFGF可能作為血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長因子之一促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞分化和形成血管。隨后Balconi等［6］在Vinel研究的基礎(chǔ)上通過免疫磁珠分離的方法將分化出的內(nèi)皮細(xì)胞純化出來。由此可以看出ES細(xì)胞體外分化系統(tǒng)是研究內(nèi)皮細(xì)胞與血管發(fā)生的細(xì)胞和分子機(jī)制的較理想模型。2.3心肌細(xì)胞和肌肉細(xì)胞懸浮或懸滴培養(yǎng)的小鼠ES細(xì)胞的擬胚體（EB）在維甲酸（RA）誘導(dǎo)條件下貼壁生長數(shù)天，常出現(xiàn)某些具節(jié)律性自發(fā)收縮活力的分化細(xì)胞

6、集落。電鏡觀察證實(shí)，收縮的細(xì)胞內(nèi)存在著肌原纖維和肌小節(jié)和閏盤等典型的心肌細(xì)胞特有結(jié)構(gòu)。如將小鼠ES擬胚體與畸胎瘤細(xì)胞（EC）衍生的內(nèi)胚層樣END-2細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)，也可觀察到ES細(xì)胞被誘導(dǎo)分化為有節(jié)律搏動(dòng)的心肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞現(xiàn)象。為探究心肌細(xì)胞是怎樣形成的，近年來人們進(jìn)行了不少研究，研究的主要目的就是要弄清：①心肌細(xì)胞是怎樣由它的前身細(xì)胞分化而來；②心肌基因表達(dá)及不同離子通道的功能表達(dá)之間的關(guān)系；③形態(tài)和離子通道調(diào)控變化的關(guān)系。與已分化細(xì)胞相比,人們對(duì)心肌前體細(xì)胞的功能特征的認(rèn)識(shí)知之甚少，原因是此時(shí)鼠胚體積小，其前體又缺乏橫紋和自發(fā)性收

7、縮的特性，很難鑒定。現(xiàn)在用ES細(xì)胞研究可很好地解決這些問題。Kolossov等［7］研究發(fā)現(xiàn)：電位依賴性L型Ca2+離子通道(VDCC)是心肌細(xì)胞早期發(fā)育的標(biāo)志，而三磷酸肌醇受體(IP3R)肌漿網(wǎng)Ca-ATPase早在心肌細(xì)胞形成前就已表達(dá)。關(guān)于心肌細(xì)胞形成過程中不同階段ES細(xì)胞的作用，有望應(yīng)用選擇性藥理。2.4神經(jīng)細(xì)胞單層培養(yǎng)ES細(xì)胞在10nmol/L維甲酸與1mmol/L雙丁?；h(huán)腺昔磷酸(db-cAMP)的共同作用下，90%?95%的分化細(xì)胞為神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。ES細(xì)胞、EB在特定條件貼壁培養(yǎng)時(shí)也能被誘導(dǎo)分化為神經(jīng)元，但效率不高。而用

8、懸浮培養(yǎng)4d的EB在含RA的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)4d,再使EE貼壁培養(yǎng)則可高效重復(fù)地分化出神經(jīng)細(xì)胞。人們?cè)O(shè)想將ES細(xì)胞分化而來的定向細(xì)胞進(jìn)行移植，但移植后形成異質(zhì)組織和畸胎瘤的問題一直困擾著人們。不過，有學(xué)者發(fā)