诱导多能干细胞技术的十年回顾以及展望

引言：

2016年是nature protocol杂志的第10年，特意邀请了各领域专家对快速发展的技术进行回顾，今天介绍的是iPSC技术的十年发展历程。这篇文章发表在2016年8月4日那一期的nature protocol，原文题目为” Looking to the future following 10 years of induced pluripotentstem cell technologies”, pdf作者为Salk研究所的Mo Li 和Juan Carlos Izpisua Belmonte。凭借iPSC技术的发明，山中伸弥和发明体细胞核移植技术的约翰.戈登获得了2012年诺贝尔奖委员会的肯定。

图1 iPSC技术的十年发展历程

正文：

一直以来，科学家都想回答一个困扰已久的问题：受精卵是如何利用基因组携带的遗传信息产生人体大约200多种细胞类型？当然，直到现在都没有明确的答案。

20世纪60年代，英国的约翰.戈登（JohnGurdon）首次利用体细胞核移植技术向世人展示了去除细胞核的卵细胞可以将体细胞核重编程为有多潜能状态的细胞并且可以发育成完整的个体，说明细胞质中存在可以重编程体细胞核命运的因子，但是这些因子是什么却在40年后才被鉴定出。期间，重组DNA技术、胚胎干细胞（ES）的建立和功能基因组学等技术的快速发展为鉴定细胞重编程因子奠定了基础。

胚胎干细胞的建立极大地促进了发育生物学的发展，因为大家可以利用ES细胞很方便地研究多潜能状态，鉴定出哪些基因对多潜能状态的维持是必须的，这是诱导多能干细胞（IPS）诱导因子选择的工作基础。

2006年，通过查阅文献山中伸弥（ShinyaYamanaka）和他实验室的Kazutoshi Takahashi选择了24个因子，通过病毒感染的方法在小鼠成纤维细胞（MEF）中同时过表达这些基因，发现MEF可以被诱导成IPS，后面又逐渐缩小范围到4个因子（OCT4, SOX2, KLF4 and c-MYC），这就是著名的Yamanaka因子。

图2 山中伸弥用24个因子诱导iPSC

基于以上工作，他们在CELL杂志上发表了震惊世界的文章”Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and AdultFibroblast Cultures by Defined Factors”。几乎同时，James Thomson及其同事独立鉴定到了另一种重编程因子组合（OCT4, SOX2,NANOG,LIN28），可以诱导产生人的iPS细胞。在此后的十年中，科学家利用不同类型终端分化的细胞诱导成iPS，并且鉴定到了可以替代Yamanaka因子的基因组合。

图3 可以替代Yamanaka因子的基因以及提高重编程效率的因素

2013年，中国的科学家邓宏魁（北京大学教授）通过小分子化合物体外诱导产生iPSC，建立了更方便地诱导产生iPSC的方法。

iPSC技术极大地促进了再生医学的发展和药物开发的进度，因为iPSC解决了再生医学长久以来面临的伦理学问题和异体移植所产生的排斥反应；对基于干细胞的药物筛选和疾病模型的建立提供了便利。2014年，日本对首位老龄化引起的黄斑变异病人进行了移植手术，植入的是用iPS细胞产生的视网膜色素上皮细胞，可喜的是目前为止还没有发现明显的副作用。

除了以上令人振奋的消息之外，iPSC技术也带来了令人担忧的一面。有研究报道在iPSC中存在突变，虽然关于突变产生的原因和对细胞的影响还不太清楚，但是引来了大家的顾虑。未来利用iPSC技术治疗疾病需要科学家、临床医生和政策制定者之间的通力配合，相信iPSC技术会给患者带来更多的福音。

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