王 帅

辽宁省辽阳市第三人民医院检验科，辽宁辽阳 111000

以细胞融合为基础的重组体细胞分化为诱导性多能干细胞的研究进展

王 帅

辽宁省辽阳市第三人民医院检验科，辽宁辽阳 111000

多能细胞是起源于哺乳动物的内部细胞团，它可以通过一定顺序的分化过程最终产生类似于成人某一种组织。尽管经过数十年的研究，决定细胞分化方向的的机制一直没有揭开。包括核转移、提供多个转录因子的“鸡尾酒方案”以及细胞融合等多种实验方法已经验证了重组体细胞可以分化为诱导性多能干细胞。在此笔者综述了以细胞融合为基础的重组体细胞并使之具有多能性的特点。

多能细胞；重组；多能性；研究进展

诱导性多能干细胞 （induced pluripotent stem cells，iPSCs）首先是由2006年8月，日本Yamanaka研究小组向小鼠成纤维细胞内导入4种转录因子基因 （Oct4、Sox 2、c-My c和Klf4），成功地将其重组为胚胎干细胞样iPSCs。iPSCs可定向诱导分化出多种体细胞，因此iPSCs在理论研究和临床应用等方面都极具应用价值[1]。在最初的研究中，人们通常利用逆转录病毒为载体将转录因子导入分化细胞并形成iPSCs，此后人们又先后应用腺病毒、质粒转染等方法诱导形成iPSCs[2]。但是，通过细胞融合的方法形成的iPSCs较少有报道。本文综述了以细胞融合为基础的重组体细胞并使之分化为iPSCs特征。

1 由细胞融合产生的短暂的异核体和稳定的杂交

早在50年前的实验就已经证明不同种类的细胞能够进行杂交融合。其中包括使用灭活的Sendai病毒方法、聚乙烯乙二醇的化学方法以及电脉冲等方式促进其杂交。同种或者不同类型的细胞可以通过杂交形成异核体细胞，即虽然细胞能共用单一细胞的细胞基质，但是却有各自的亲代的细胞核在其中。在很多情况下，这种二倍核体包括了新形成的异核体融合并最终导致稳定的杂交细胞形成。这种细胞的最大优势就是在于可以应用种系间的异核体和杂交途径在单细胞水平分析的谱系重组，同时体细胞核转移为研究细胞重组提供了有利条件。在这一点上，iPSCs彻底改变了干细胞生物学，它通过细胞融合方式产生的重组克隆具有胚胎干细胞的特征即可以经分化诱导为体细胞和自我复制的特点[3]。

2 重组后产生的“多能性”

早在1976年Miller和Ruddle就发现胚胎癌细胞和胸腺细胞产生的杂交细胞具有一种“多能的状态”。这种状态是一种功能上的保护状态，它可以使杂交细胞最终分化成为来源于3个不同胚层的多种细胞。现在研究表明在染色体水平，杂交细胞具有多能细胞的特点，例如端粒长度增加、端粒酶的活化、异染色质的重新分布[4]。在融合鼠胚胎干细胞的体细胞经过40～45 h后可以重新表达带有Oct-4基因，这种基因存在于体细胞中但是为非报告基因[5]。与此类似的是，融合了鼠胚胎干细胞的人成纤维细胞和淋巴细胞也可以在24～30 h内重新表达 Oct4、Nanog、Cripto、Esrrb、Tle1 和 Rex1 转录基因[6-7]。最近的研究也证实，这种在体细胞中重新表达转录因子的范围与速度与染色体的状态有关。当在体细胞中出现转录因子的在表达后，细胞就向iPSCs分化，使之具有“多能性”。

3 由异核体向可诱导多能细胞转变的关键问题

胚胎干细胞在融合了神经干细胞或成纤维细胞后，杂交体通过Nanog基因启动了重组过程，形成了具有多能性的细胞[8-10]。同时，Nanog基因的上调表达也导致胚胎干细胞样的细胞增加。由此可见，Nanog基因的上调能够有效的提高iPSCs产生[3]。

细胞融合也可以用来证明在重组过程那种转录因子对分化为多能干细胞起着重要的作用。例如在移除了Oct4和Sox2基因的胚胎干细胞中，经细胞融合作用后就不具有分化为可诱导的多能干细胞这一特点，由此可见上述两种基因在细胞重组过程中发挥了重要的作用。同时这些研究也表明胚胎干细胞源性的Oct4基因是重组的必须基因，一旦缺少这些必须基因，重组体细胞的到多能干细胞的过程就不能发生。

4 细胞融合为基础的重组未来的发展前景及应用

细胞生物功能的确立和维系需要有正向和负向调控细胞因子、细胞周期、DNA复制等多种因素共同作用的结果。但通过骨骼肌细胞进行的异核体重组实验表明对骨骼肌细胞起着决定作用的是骨骼肌与无核骨骼肌细胞的比例。而这些细胞分化比例却直接受到例如MyoD和Mrf4等细胞因子的调控[11]。在这一领域中究竟是那种作用起着支配作用仍然是有争议的，是否重组是单向的过程还是双向可逆的互动过程，是否重组是2种或者更多种细胞共同作用形成的仍然是有待研究的[4]。但是，现在普遍的观点认为细胞的分化、可能的增殖状态可能会影响到重组的方向和重组的动力学。

但是，至今为止在细胞融合过程中DNA复制的重要性尚未明确。最近的一些对异核体细胞研究表明，应用人类成纤维细胞重组还需要AID酶的参与。同时，一些文献也报道细胞循环在决定重组成功的过程也起着巨大作用。爪蟾属分裂m期的提取物能够提高重组诱导为iPSCs的效率[12]。此外，一些shRNA基因库和iRNA为基础的研究也正在应用于细胞重组的研究过程中。这些技术将会为以细胞融合为基础的研究平台提供新的方法和选择。

综上所述，通过多能干细胞与体细胞融合的方法产生iPSCs，其在技术、细胞来源、免疫排斥，尤其是伦理宗教和法律等方面规避了诸多的限制。而且iPSCs可来自患者自身，能解决免疫排斥问题。所以应用细胞融合技术建立起来的iPSCs在组织工程学，再生医学，细胞替代治疗及药物研发方面有着广阔的应用前景。

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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 本文编辑：郭静娟）