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图片来源于Amabile, G. & A. Meissner (2009) Trends Mol. Med. 15:59

诱导性多能干细胞（iPS细胞）可以通过对正常体细胞的基因改编制备。利用重组腺病毒载体将与细胞分化有关的转录因子转染到体外培养的人体细胞中后，再经过一系列的培养分离即可得到iPS细胞。虽然使用Oct-3/4, SOX2, Nanog和LIN-28转染体细胞也得到了iPS，但对于大多数细胞类型，通常使用c-Myc, Oct-3/4, SOX2和 KLF4这四种转录因子，这些外源性的转录因子的表达使得体细胞上特异性标志物分子逐渐消失，在某些细胞上，干细胞的标记物分子开始表达。作为具有分化潜能的细胞，iPS理论上可以分化成为所有类型的体细胞。人的iPS细胞已经成功的诱导分化成多种体细胞，包括脂肪细胞、心肌细胞、原始造血细胞、胰腺β细胞以及多种类型的神经元。

诱导性多能干细胞的分化潜能

诱导性多能干细胞(iPS)是利用体细胞基因改编得到的与胚胎干细胞(ES)一样具有分化潜能的干细胞1,2。iPS细胞能够更容易的获取并用来进行治疗和研究而不必像获取ES细胞那样承担道德风险。iPS细胞可以由于从病人的体细胞获取因而成为了进行个体化治疗的理想材料。此外，iPS细胞还能够为科研人员提供以下两种研究模型：1)用于新药筛选或病理和毒理机制研究的人体疾病模型；2)用于筛选潜在致畸因素或研究组织修复和再生机制的发育模型1,3。

iPS细胞由Takahashi和Yamanaka首次制备成功，他们将四种转录因子Oct-3/4, SOX2, c-Myc, 和KLF4转染到小鼠的成纤维细胞中并在ES细胞培养基中进行培养后获得了iPS细胞2。这些细胞与ES细胞具有相同的形态、增殖情况、标志物以及分化潜能2,3。随后研究人员又利用人成纤维细胞成功制备了人iPS细胞。值得注意的是，用于制备iPS细胞所需要的转录因子并不是固定不变的，研究人员使用Oct-4, SOX2, Nanog和 LIN-28四种转录因子同样使人体细胞转化成为了iPS4,5。iPS细胞呈现出与ES细胞在形态、增殖、表观遗传改变以及分化潜能等相同的特征。但是，基因表达谱分析的结果表明两者在基因表达上还是有明显差异的6。这些差异会对iPS细胞的分化能力产生何种影响还有待进一步的研究。

最近，研究人员成功的利用iPS细胞得到了克隆小鼠7,8，但在胚胎移植后得到成活小鼠的成功率仅为个位数，并且大多数的iPS克隆小鼠都存在先天的身体畸形，然而还是有一部分存活的个体发育成熟并繁衍出后代。大量的研究证实了人iPS细胞株分化成为各种体细胞的能力。Taura等人证实了人iPS细胞与ES细胞一样可以诱导得到脂肪细胞9，这些诱导的iPS细胞内出现了脂肪的堆积并开始表达C/EBPa, PPARg, Leptin, and FABP4等脂肪细胞的标志物分子。另外的研究则在与诱导ES细胞相似的条件下成功的将人iPS细胞诱导形成了CD34+CD43+造血祖细胞和CD31+CD43-内皮细胞10，这些细胞在进一步的诱导条件下可以继续分化为特异度更高的原始造血细胞，这些诱导条件与在ES细胞诱导分化过程中使用的条件是相似的。人iPS细胞同样还可以诱导成为分泌胰岛素的胰腺细胞11，在首先形成PDX-1阳性的祖细胞后，人iPS能够继续分化为分别表达MafA、Glut2和胰岛素的细胞，在某些条件下，还可以分化为表达淀粉酶或C-肽的的细胞。形成肌肉组织和分泌Nkx2.5、心肌肌钙蛋白T、心钠素以及肌球蛋白轻重链的功能性肌细胞也能够由iPS细胞诱导分化得到12，并且与ES诱导得到的细胞一样，电生理学实验证明与ES细胞相同，在经典心肌β肾上腺素介导的信号传导途径作用下，iPS细胞也可以分化为房室结、心房和心室的前体细胞。利用TGF-b/Smad信号传导途径的两种抑制剂——Noggin和药物SB43154213，iPS细胞和ES细胞都可以有效的分化为神经元。两种抑制剂的协同作用使干细胞形成Pax6+前体细胞并可以进一步分化为神经嵴、前部的中枢神经系统、体运动神经元和多巴胺能神经元。

由于iPS可以分化为多种体细胞，因此可以从疾病患者身上获取iPS以进行研究和治疗。与ES细胞相比，研究人员可以更为方便的使用iPS对正常组织或者是病理组织的分化和形成进行体外研究，这对于疾病研究和新药研发有着极大的促进作用。

参考资料

1. Nishikawa, S. et al. (2008) Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9:725.

2. Takahashi, K. & S. Yamanaka (2006) Cell 126:663.

3. Amabile, G. & A. Meissner (2009) Trends Mol. Med. 15:59.

4. Takahashi, K. et al. (2007) Cell 131:861.

5. Yu, J. et al. (2007) Science 318:1917.

6. Chin, M.H. et al. (2009) Cell Stem Cell 5:111.

7. Zhao, X-Y. et al. (2009) Nature. Advanced on-line publication.

8. Kang, L. et al. (2009) Cell Stem Cell. 5:135.

9. Taura, D. et al. (2009) FEBS Lett. 583:1029.

10. Choi, K-D. et al. (2009) Stem Cells 27:559.

11. Zhang, D. et al. (2009) Cell Res. 19:429.

12. Zhang, J. et al. (2009) Circ. Res. 104:e30.

13. Chambers, S.M. et al. (2009) Nat. Biotechnol. 27:275.

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