最新《Nature》用iPS細(xì)胞打開神秘的盒子

日期：2013-01-29 09:10:47

研究人員利用來自遺傳性心臟病患者的皮膚細(xì)胞在實驗室的培養(yǎng)皿中重建了成年發(fā)作性疾病，生成了第一個可用于檢測新治療的成熟疾病模型。為打開神秘的盒子帶來了一把可能的鑰匙。

大多數(shù)罹患致心律失常性右心室心肌?。?/SPAN>arrhythmogenic right ventricular dysplasia/cardiomyopathy，ARVD/C）這一遺傳性心臟病的患者，都是到20歲出頭才知道他們的身體有問題。年齡較小時缺乏癥狀使得研究人員極難研究ARVD/C的發(fā)病機制以及開發(fā)治療。2012年諾貝爾獎得主山中伸彌（Shinya Yamanaka）博士開發(fā)的一項以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的新技術(shù)，可幫助解決這一問題。利用這一技術(shù)，研究人員能夠用患者自身的皮膚細(xì)胞生成心肌細(xì)胞。然而，這些新生心臟細(xì)胞大多是不成熟的。這不禁讓研究人員提出質(zhì)疑：是否能夠利用這些細(xì)胞來模擬成年期發(fā)生的疾病。

在發(fā)表于1月27日《自然》（Nature）雜志上的一篇論文中，斯坦福-伯納姆醫(yī)學(xué)研究所(Sanford-Burnham)和約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員將第一個成熟ARVD/C “培養(yǎng)皿中的疾病”（disease in a dish）模型公諸于世。這一模型是利用山中伸彌的技術(shù)生成，生成的細(xì)胞代謝更接近成人心臟，從而為模擬疾病細(xì)胞成熟提供了一種新方法。相比于其他的模型，這一模型有可能與人類ARVD/C更相關(guān)，因而更適合于研究疾病以及測試新療法。

“要證實培養(yǎng)皿中的疾病模型與成人發(fā)作性疾病臨床相關(guān)是相當(dāng)困難的。而在這里我們?nèi)〉昧艘粋€重要的發(fā)現(xiàn)——只有當(dāng)我們誘導(dǎo)成人樣代謝時，我們才能重現(xiàn)疾病缺陷。這是一個重要的突破，因為ARVD/C癥狀通常要到成年早期才會出現(xiàn)。而我們正在研究的干細(xì)胞本質(zhì)上卻是胚胎狀態(tài)，”研究的資深作者、斯坦福-伯納姆醫(yī)學(xué)研究所副教授Huei-Sheng Vincent Chen說。

為了建立這一模型，Chen與約翰霍普金斯大學(xué)的ARVD/C心臟病學(xué)專家Daniel Judge博士、Joseph Marine博士和Hugh Calkins展開了協(xié)作。

“目前還沒有治療能夠阻止ARVD/C的疾病進(jìn)程。有了這一新模型，我們期望能為這一危及生命的疾病開發(fā)出更好的治療，”Judge說。

培養(yǎng)皿中的疾病

為了在實驗室中重建個體自身獨特的ARVD/C，研究小組首先從ARVD/C患者處獲得了皮膚樣本。這些患者均攜帶著據(jù)信與疾病相關(guān)的某些突變。隨后他們采用了Yamanaka的技術(shù)，添加一些分子撥回這些成人皮膚細(xì)胞的發(fā)育時鐘，生成了胚胎樣的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)。之后研究人員誘導(dǎo)這些iPSCs，生成了無限供應(yīng)的患者特異性心肌細(xì)胞。這些心肌細(xì)胞實質(zhì)上大多處于胚胎狀態(tài)，而攜帶著患者的遺傳突變。

然而，近一年來，無論他們怎么努力，研究小組也無法讓他們的ARVD/C心肌細(xì)胞顯現(xiàn)出任何的疾病征象。缺乏成人發(fā)作ARVD/C的實際征象，這些不成熟的、患者特異性的心肌細(xì)胞不能用于研究疾病或測試新治療藥物。

加快速度

最終，研究小組獲得了靈感。他們發(fā)現(xiàn)代謝成熟是誘導(dǎo)他們的培養(yǎng)樣細(xì)胞出現(xiàn)ARVD/C征象的關(guān)鍵。人類胎兒心肌細(xì)胞利用葡萄糖作為它們主要的能量來源。相比之下，成體心肌細(xì)胞則更喜歡利用脂肪來生成能量。因此Chen研究小組利用幾種雞尾酒，在他們的模型中觸發(fā)了這種成體代謝轉(zhuǎn)變。

經(jīng)歷多次試驗和失誤后，他們發(fā)現(xiàn)代謝失常是ARVD/C疾病的核心。此外，Chen研究小組找到了生成表現(xiàn)像患病ARVD/C心臟一樣的患者特異性心肌細(xì)胞，這一難題的最后一塊拼圖：一種稱作PPAR的蛋白質(zhì)異常過度激活。科學(xué)家們從前將ARVD/C的病因歸結(jié)于心肌細(xì)胞之間的連接減弱，而這種情況只發(fā)生在一半的ARVD/C患者中。有了這個新建的模型，他們不僅在培養(yǎng)皿中重現(xiàn)了這一成人發(fā)作疾病，還為治療ARVD/C提供了新的潛在藥物靶點。