《細(xì)胞研究》：研究建立高效誘導(dǎo)iPSCs向心肌細(xì)胞分化體系

日期：2011-12-14 09:35:57

iPS研究由于在未來臨床應(yīng)用的的無限可能，而吸引了全球不少實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們，來自中科院健康科學(xué)研究所干細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)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(bào)道了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞iPS細(xì)胞在臨床上轉(zhuǎn)化應(yīng)用的最新成果——建立了簡單經(jīng)濟(jì)的高效誘導(dǎo)iPSCs向心肌細(xì)胞分化的體系，并發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外微環(huán)境在多能干細(xì)胞分化過程中的重要作用。相關(guān)成果公布在Cell Research雜志上。

這項(xiàng)研究由干細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分子心臟學(xué)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(yè)于南通醫(yī)學(xué)院，之后獲得日本山形大學(xué)醫(yī)學(xué)部博士學(xué)位，目前任中科院上海生命科學(xué)院博士生導(dǎo)師。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)分化的心肌細(xì)胞對(duì)于藥物篩選、心肌再生醫(yī)學(xué)及其心臟發(fā)育生物學(xué)的研究均具有重要意義，并是研究人類心臟疾病提供了獨(dú)特的體外模型。然而iPSCs的自發(fā)心肌細(xì)胞分化效率極低且分化的心肌細(xì)胞功能也相對(duì)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(guān)鍵環(huán)節(jié)和調(diào)控機(jī)制，并建立穩(wěn)定高效、經(jīng)濟(jì)簡便地誘導(dǎo)iPSCs分化為所需的功能心肌細(xì)胞是研究其應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵前提之一。

在這篇文章中，研究人員采用中科院動(dòng)物所、上海生命科學(xué)院生化與細(xì)胞所、健康所、廣州生物醫(yī)藥與健康院建立的11株不同的iPSCs系統(tǒng)篩選了16種心肌細(xì)胞分化誘導(dǎo)物，發(fā)現(xiàn)只有抗壞血酸(ascorbic acid, AA)表現(xiàn)出一致和高效的誘導(dǎo)iPSCs向心肌細(xì)胞分化作用。通過比較不同濃度和不同分化時(shí)段AA的處理，建立了簡單經(jīng)濟(jì)的高效誘導(dǎo)iPSCs向心肌細(xì)胞分化的體系，可將小鼠和人iPSCs向心肌細(xì)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(fā)心肌細(xì)胞分化潛能的iPSCs間心肌細(xì)胞的分化差異。

進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，AA促進(jìn)心肌細(xì)胞分化作用是通過增強(qiáng)胞外膠原的分泌，從而激活MEK-ERK1/2 pathway，進(jìn)而特異性地促進(jìn)心肌前體細(xì)胞增殖而實(shí)現(xiàn)的。此外，通過結(jié)構(gòu)和功能分析發(fā)現(xiàn)，AA誘導(dǎo)產(chǎn)生的心肌細(xì)胞表現(xiàn)出更為成熟的電活動(dòng)和鈣活動(dòng)特征，其肌絲排列更為規(guī)律有序，對(duì)于重要的心肌細(xì)胞功能調(diào)控信號(hào)的反應(yīng)性也明顯增強(qiáng)，表明AA促進(jìn)了iPSCs分化的心肌細(xì)胞的成熟度。該研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了細(xì)胞外微環(huán)境對(duì)于多能干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化和心肌前體細(xì)胞的增殖具有重要的調(diào)控作用，所建立的簡便經(jīng)濟(jì)的高效誘導(dǎo)小鼠和人iPSCs向心肌細(xì)胞分化的體系，有助于iPSCs在心臟疾病發(fā)生、藥物篩選以及心臟再生醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用研究。

值得關(guān)注的是，另外近期在心肌細(xì)胞逆轉(zhuǎn)化研究方向也獲得了新成果：研究人員發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞逆轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的蛋白。研究人員利用心肌梗死小鼠模型，證實(shí)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(fù)。這一發(fā)現(xiàn)或可幫助研究人員實(shí)現(xiàn)心臟的自我修復(fù)。