Stem Cells：解决胚胎干细胞成瘤问题

　　

生物通报道：来自中科院上海生命科学研究院健康科学研究所的研究人员发表了题为“Mifepristone Inducible Caspase-1 Expression in Mouse Embryonic Stem Cells Eliminates Tumor Formation but Spares Differentiated Cells in vitro and in vivo”的文章，首次详细阐明了通过量表达自杀基因caspase-1杀死未分化的胚胎干细胞解决了移植中的成瘤风险的问题，相关成果公布在干细胞权威杂志Stem Cells上。

这项研究由健康科学研究所神经基因组博士研究生王颐等在乐卫东研究员的指导下完成，研究得到了国家自然科学基金委、科技部973项目、交通大学优博基金等项目的资助。乐卫东研究组主要研究方向是神经基因组学。致力于建立中枢多巴胺能系统的分子及细胞水平的综合研究平台，开展在神经发育、功能维持、神经损伤和死亡方面基因表达和调控的研究。

胚胎干细胞具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，胚胎干细胞都能被诱导分化为几乎所有的细胞类型。因此，胚胎干细胞是细胞移植治疗中非常重要的细胞来源。但是，胚胎干细胞治疗存在一个非常大的问题，即成瘤风险，移植细胞中存在的未分化的胚胎干细胞会在被移植体内成瘤。因此除去移植细胞中存在的未分化的胚胎干细胞是国内外胚胎干细胞治疗研究中要解决的首要问题。

在这篇文章中，研究人员通过建立小鼠胚胎干细胞的基因开关(GeneSwitch)系统，发现可控的诱导表达caspase-1不影响胚胎干细胞的分化潜能，并且能特异杀死移植细胞中存在的未分化的胚胎干细胞，而已经分化为神经前体的细胞不受影响。进一步的研究发现，将分化的和未分化的细胞移植到小鼠的脑内，通过诱导过量表达caspase-1，可以完全去除成脑内的成瘤问题。

这一研究在国际上首次详细阐明了通过量表达自杀基因caspase-1杀死未分化的胚胎干细胞解决了移植中的成瘤风险的问题。而且此研究也为临床胚胎干细胞治疗疾病减少成瘤风险提供了非常重要理论基础，对帕金森病等神经退行性疾病的细胞治疗以及其他以胚胎干细胞为基础的细胞治疗提供了重要实验基础，具有非常重要的应用价值和前景。

除此之外，今年这一研究组还在Autophagy上发表文章，首次报道自噬激活剂雷帕霉素加速肌萎缩侧索硬化症（ALS）模型小鼠的发病并初步探讨其可能机制。

研究人员利用经典的ALS转基因小鼠SOD1G93A小鼠，发现在转基因小鼠脊髓前角运动神经元内特异性自噬小体（AVs）数目增加，而且神经元轴突内增加要早于胞内，提示运动神经元内自噬水平的特异性改变。进一步利用经典的自噬激活剂雷帕霉素作用于转基因小鼠后发现其能够加速疾病进程，促进小鼠的死亡。同时雷帕霉素能够加重运动神经元内线粒体损伤，激活凋亡的发生。更有意思的发现是雷帕霉素在激活运动神经元内自噬的同时不能减少胞内SOD1蛋白的聚集，且伴有自噬通量标记p62蛋白的异常改变，结果提示ALS转基因小鼠内可能存在自噬通量的异常即自噬通量完整性的改变。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Mifepristone Inducible Caspase-1 Expression in Mouse Embryonic Stem Cells Eliminates Tumor Formation but Spares Differentiated Cells in vitro and in vivo†

Embryonic stem (ES) cell-based therapy is a promising treatment for neurodegenerative diseases. But there is always a risk of tumor formation generating from contamination of undifferentiated ES cells. To reduce the risk and improve ES cell-based therapy, we have established a novel strategy by which we can selectively eliminate tumor cells derived from undifferentiated ES cells but spare differentiated cells. In the present study we generated a caspase-1-ES cell line transfected with a mifepristone regulated caspase-1 expression system. Mifepristone induced caspase-1 overexpression both in differentiated and undifferentiated caspase-1-ES cells. All the undifferentiated caspase-1-ES cells were induced to death after mifepristone treatment. Tumors derived from undifferentiated caspase-1-ES cells were eliminated following 3 weeks mifepristone treatment in vivo. However, differentiated caspase-1-ES cells survived well under the condition of mifepristone-induced caspase-1 overexpression. To examine in vivo the influence of mifepristone treatment on differentiated cells, undifferentiated caspase-1-ES cells were transplanted into nude mice brains. After 8 weeks' mifepristone treatment we could not detect any tumor cells in the caspase-1-ES cells grafts in the brains of mice. However, we found donor dopamine neurons survived in the recipient brains. These data demonstrate that mifepristone induced caspase-1 overexpression in ES cells can eliminate the potential tumor formation meanwhile spares the differentiated cells in the host brains. These results suggest that this novel ES cell-based therapy can be used in Parkinson's disease and other related disorders without the risk of tumor formation.

作者简介：
乐卫东　研究员

2002年入选中国科学院“****”

简介：1987年获上海第二医科大学神经病学博士学位，1989年在美国休斯顿贝勒医学院进行神经病学博士后研究。现为中国科学院上海生命科学研究院-上海第二医科大学健康科学中心研究员，神经基因组学研究组组长，2002年入选中科院“****”。兼任上海第二医科大学瑞金医院神经病学教授。《Life Science》、《Journal of Neurochemistry》、《Journal of Neuroscience》等国际学术刊物评委。

研究方向：神经基因组学。致力于建立中枢多巴胺能系统的分子及细胞水平的综合研究平台，开展在神经发育、功能维持、神经损伤和死亡方面基因表达和调控的研究，并将其应用于神经系统疾病的临床研究，包括：Nurr1基因与多巴胺神经元发育、变性的关系、多巴胺神经干细胞和多巴胺株的制备等研究；帕金森病的基因特变和神经免疫病理及多巴胺受体激动剂与神经保护作用等研究；β淀粉样多肽损伤脑内神经元的分子生物学机制；以及老年性痴呆的免疫治疗等。目前已在国内首次建立线虫帕金森病模型、单细胞基因表达技术分析以及条件性敲除小鼠Nurr1基因的动物模型三个技术平台。这些平台的建立成功可使我们对帕金森病等神经退行性疾病的病理生理机制进行更深入和系统性的探讨，为开辟新的治疗方法提供理论与技术支持，这对于国内神经科学的发展和进步有着重要意义