Cell Research：iPS細胞分化新發現

日期：2011-12-12 08:58:44

iPS研究由于在未來臨床應用的的無限可能，而吸引了全球不少實驗室的科學家們，來自中科院健康科學研究所干細胞生物學重點實驗室的研究人員發表了題為“Ascorbic acid enhances cardiac differentiation of induced pluripotent stem cells through promoting the proliferation of cardiac progenitor cells”的文章，報道了誘導多能干細胞iPS細胞在臨床上轉化應用的最新成果——建立了簡單經濟的高效誘導iPSCs向心肌細胞分化的體系，并發現細胞外微環境在多能干細胞分化過程中的重要作用。相關成果公布在Cell Research雜志上。

這項研究由干細胞生物學重點實驗室分子心臟學課題組楊黃恬研究組完成，第一作者博士研究生曹楠。其中楊黃恬研究員早年畢業于南通醫學院，之后獲得日本山形大學醫學部博士學位，目前任中科院上海生命科學院博士生導師。

誘導多能干細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)分化的心肌細胞對于藥物篩選、心肌再生醫學及其心臟發育生物學的研究均具有重要意義，并是研究人類心臟疾病提供了獨特的體外模型。然而iPSCs的自發心肌細胞分化效率極低且分化的心肌細胞功能也相對的不成熟，各系之間的分化潛能差異大，因此，明確其定向分化的關鍵環節和調控機制，并建立穩定高效、經濟簡便地誘導iPSCs分化為所需的功能心肌細胞是研究其應用價值的關鍵前提之一。

在這篇文章中，研究人員采用中科院動物所、上海生命科學院生化與細胞所、健康所、廣州生物醫藥與健康院建立的11株不同的iPSCs系統篩選了16種心肌細胞分化誘導物，發現只有抗壞血酸(ascorbic acid, AA)表現出一致和高效的誘導iPSCs向心肌細胞分化作用。通過比較不同濃度和不同分化時段AA的處理，建立了簡單經濟的高效誘導iPSCs向心肌細胞分化的體系，可將小鼠和人iPSCs向心肌細胞的分化效率分別提高了約7.3倍和30.2倍，并明顯縮小了不同iPSCs系間，包括不具有自發心肌細胞分化潛能的iPSCs間心肌細胞的分化差異。

進一步的機制研究發現，AA促進心肌細胞分化作用是通過增強胞外膠原的分泌，從而激活MEK-ERK1/2 pathway，進而特異性地促進心肌前體細胞增殖而實現的。此外，通過結構和功能分析發現，AA誘導產生的心肌細胞表現出更為成熟的電活動和鈣活動特征，其肌絲排列更為規律有序，對于重要的心肌細胞功能調控信號的反應性也明顯增強，表明AA促進了iPSCs分化的心肌細胞的成熟度。該研究發現進一步揭示了細胞外微環境對于多能干細胞向心肌細胞分化和心肌前體細胞的增殖具有重要的調控作用，所建立的簡便經濟的高效誘導小鼠和人iPSCs向心肌細胞分化的體系，有助于iPSCs在心臟疾病發生、藥物篩選以及心臟再生醫學方面的應用研究。

值得關注的是，另外近期在心肌細胞逆轉化研究方向也獲得了新成果：研究人員發現心肌細胞逆轉化過程中發揮關鍵作用的蛋白。研究人員利用心肌梗死小鼠模型，證實了一種心臟組織中的oncostatin M蛋白能刺激了受損心肌組織修復。這一發現或可幫助研究人員實現心臟的自我修復。