Nature 子刊：让干细胞变身的遗传秘方

在发表于今天《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的研究论文中，由威斯康星大学麦迪逊分校的干细胞研究员Igor Slukvin领导的一个研究小组报告称，发现了获得“空白状态”（ blank-slate）胚胎干细胞，并将它们转变为构成人类血液的红细胞及大量白细胞的两个遗传程序。

　　

生物通报道  能够在实验室中安全、可靠地生成人类血液中所有不同类型的细胞，向着现实迈进了关键的一步。

在发表于今天《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的研究论文中，由威斯康星大学麦迪逊分校的干细胞研究员Igor Slukvin领导的一个研究小组报告称，发现了获得“空白状态”（ blank-slate）干细胞，并将它们转变为构成人类血液的红细胞及大量白细胞的两个遗传程序。

这项研究具有重要的意义，因为它确定了在发育的最早期阶段自然本身是如何生成血液产物的。这一研究发现为科学家们提供了工具来生成这些细胞，探讨血细胞的发育机制以及生成临床相关的血液制品。

Slukvin说：“这是第一次证实可以利用一些转录因子，让人类多能干细胞转化生成不同类型的细胞。”这些蛋白质结合到DNA上，控制了遗传信息的流动，最终决定了未分化干细胞的发育命运。

发育过程中，血细胞是在胚胎的主要血管：大动脉中形成。在那里，科学家们称作为造血内皮细胞的一群独特的细胞出芽生成了包括造血干细胞在内的血细胞。新研究鉴别出了两组独特的转录因子：ETV2和​GATA2，以及GATA2与​TAL1，证实两种情况下这些转录因子都可将人类干细胞直接转变为造血内皮细胞，后者随后可发育形成各种类型的血细胞（延伸阅读：5篇Blood论文提出全面的血细胞“路线图”）。

利用Slukvin研究小组鉴别出的这些因子，可以生成血液制品中常用的各种人类血细胞，其中包括白细胞、红细胞和巨核细胞。

Slukvin说：“只需过表达两种转录因子，我们就可在实验室的培养皿中重演出我们在胚胎中看到的一系列事件。”

Slukvin研究小组开发的这种方法可以生成丰富的血细胞。每100万个干细胞，研究人员就能够生成3000万个血细胞。

这项研究工作的一个重要方面就是，利用改造的信使RNA引导干细胞走向了特定的发育命运。新方法使得在不导入任何人造遗传物质的情况下诱导细胞变为可能。通过采用自然生成细胞的方法，避免了所有潜在的人造遗传物质，可以生成更加安全的用于治疗的细胞。

“无需病毒你就可以做到这一点，且基因组的完整性不受影响，”Slukvin说。尽管新研究证实的是操控遗传机制可以生成血液，这种方法有可能也适用于生成具有治疗潜力的其他类型的细胞，包括胰腺和心脏细胞。

Slukvin说，还有一个未实现的愿望就是生成骨髓中的造血干细胞。造血干细胞现被用于治疗包括白血病和多发性骨髓瘤在内的某些癌症。设计一种方法在实验室中生成这些细胞仍然是一个极大的挑战。
Slukvin说：“我们还不知道如何做到这一点。但我们生成血细胞的这种新方法，为我们在培养皿中模拟它们的发育，以及鉴别出新的造血干细胞因子提供了一个机会。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Direct induction of haematoendothelial programs in human pluripotent stem cells by transcriptional regulators

Advancing pluripotent stem cell technologies for modelling haematopoietic stem cell development and blood therapies requires identifying key regulators of haematopoietic commitment from human pluripotent stem cells (hPSCs). Here, by screening the effect of 27 candidate factors, we reveal two groups of transcriptional regulators capable of inducing distinct haematopoietic programs from hPSCs: pan-myeloid (​ETV2 and ​GATA2) and erythro-megakaryocytic (​GATA2 and ​TAL1). In both cases, these transcription factors directly convert hPSCs to endothelium, which subsequently transform into blood cells with pan-myeloid or erythro-megakaryocytic potential. These data demonstrate that two distinct genetic programs regulate the haematopoietic development from hPSCs and that both of these programs specify hPSCs directly to haemogenic endothelial cells. In addition, this study provides a novel method for the efficient induction of blood and endothelial cells from hPSCs via the overexpression of modified mRNA for the selected transcription factors.