体细胞重编程综述.doc

前言：回拨人类时钟的魔法――重编程技术 多年以来，人们一直研究细胞的重编程及细胞核的潜在全能性，将这一工作推动到哺乳动物领域的，是1998年多利羊的诞生。而2006年日本京都大学Yamanaka教授在《Cell》上发表里程碑式文章，阐述了其用四个因子（Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc）将小鼠成纤维细胞逆转为类似多能干细胞的实验结果，开创了iPS时代。由于同时具备深远的科学价值和广泛的应用价值，iPS技术成为当今生物学研究的热点，并在2007年Nature、Science评为第一大和第二大科学进展后，又在2008年荣登Science十大科技进展榜首Briggs 和 King 首次成功实现通过移植Rana pipiens的囊胚细胞核产生会游动的蝌蚪。但是，他们发现如果移植的是处于胚胎发育较晚阶段（肠胚）的细胞核的时候，就会导致非正常发育。于是，他们提出细胞分化可能涉及不可逆转的细胞核转变。不久之后，有人在南非青蛙Xenopus laevis上进行相似的实验。按照同样的实验方法，他们发现即使用于移植的核是来自于完全分化的细胞，在该实验中是供体蛙的小肠上皮，也能得到发育完全正常并且具有生育能力的雄性和雌性青蛙。这些实验结果告诉人们，细胞分化是可以被完全逆转的，并且不可逆的细胞核变化是非必须的。这一过程涉及细胞核基因表达的变化，但并不涉及到基因本身。因此，即使在发育过程中细胞变成彼此不同，具有各自功能但都稳定存在的个体，但是基因组在所有不同的细胞类型内都是一样的（产生抗体的免疫细胞除外），它们因此保持形成其他不同类型细胞的潜力。 这一领域的突破来自于多利羊的实验，这个实验通过将成体羊身上分离出来，并且在体外培养的乳腺细胞的细胞核移植到去了细胞核的羊卵内，从而产生出正常成体山羊。多利羊以及后来的探索表明，可以利用成体哺乳动物的细胞核来完全逆转细胞分化过程，并且提示，这一个机制可能也适用于人类。通过移植成体猴细胞核，能够得到了猴胚胎干细胞的实验是迈向证明这一假设的重要的一步。这些具有完善的生长和分化功能的细胞是从用成体猴的细胞核移植到去核猴卵后发育成的胚泡中分离出来的。因此，在人类的卵子里面也非常可能包含能逆转成体人类细胞分化进程的因子。 2.效率 实现由卵细胞诱导的完全重编程的金标准公认为是产生这样一个成体个体，其包含任何一种细胞类型（被定义为全能性），并且具有生育能力。 但是，从医学治疗的角度看，我们并不认为得到的细胞否具有全能性，甚至多能性（即具有分化成虽然不是所有，但是大多数细胞类型的能力）是一个必须具备的属性。例如，在治疗上，为一个脊椎损伤的病人提供能分化成任何一种类型细胞的细胞是不必要的。在讨论体细胞核移植的时候，知道利用来源于完全不相干的另一种细胞的细胞核来进行移植，并且得到特定类型的细胞的效率是很重要的。已有实验结果显示，细胞核重编程的效率会随着供体细胞的分化程度加深而降低。通过一系列的核转移实验（从一个核移植胚胎中将细胞核移植到另一系列的去核卵子中）以及核嫁接实验（从一个核移植胚胎中将细胞核移植到从同一品系受精卵发育而来的受体胚胎中），得出了约30％的小肠上皮细胞核能够产生具有功能的肌肉和神经细胞的结论。在哺乳动物身上，可以从核移植胚泡的细胞中产生胚胎干细胞，并且可将这些细胞移植到正常的受体胚胎中去测试它们的分化能力。相对于用胚胎细胞核所能达到的30％效率，用已分化细胞的细胞核得到正常动物的效率通常在1％到2％之间。到目前为止，还没有从相距甚远的异物种组合，包括将人的细胞核移植到猴卵母细胞的细胞质中，从而得到可以传代的胚胎干细胞的证据。 3.机理 用卵子去进行细胞核重编程的一个值得关注的地方是卵子具有以100％的效率重编程定向分化了的精子细胞核的能力。另外一个优点是利用这一方法并不需要对移植的细胞核及其产生的重编程细胞进行永久的遗传学改变（即病毒插入、强制打开特定基因等）。因此，发现包含其中的机理就非常重要了。我们需要解决的问题是为什么重编程能够被成功的实现？而又是什么因素常常导致这一过程的失败，在即便使用卵子细胞的条件下也是这样？ 有人利用卵母细胞（第一次减数分裂早期的雌性生殖细胞，是产生卵子的前体细胞）探索了卵细胞（处于第二次减数分裂中期）的重编程机制。许多移植进卵母细胞生殖泡的哺乳动物体细胞核被直接重编程而表达干细胞标志基因，包括Oct4, Sox2和Nanog。在卵母细胞内进行的细胞核重编程不会产生新的细胞，但是与卵子相反的是，这一过程的发生既不需要细胞分裂，也不需要蛋白质的合成。伴随这个重编程的机理包括：异染色体的开放；分化标记，如DNA甲基化的去除，组蛋白修饰以及组蛋白交换等等。这些事件发生的基础是：受精卵拥有能引起上述效应的高浓度特定蛋白。如果卵子的