知名学者丁胜Cell Stem Cell重大突破：构建新型细胞

　　

生物通报道  Gladstone研究所的科学家们找到了一种方法来构建介于胚胎干细胞和成体心脏细胞之间的一种新型细胞，这有可能掌握了治疗心脏病的一把钥匙。这些诱导可扩增心血管祖细胞(ieCPCs)可以有组织地发育为心脏细胞，且仍然保留了增殖能力。当注入到心脏病发作后的小鼠体内时，这些细胞显著地改善了心脏功能。这项研究工作发布在《细胞干细胞》（Cell Stem Cell）杂志上。

论文的主要作者、Gladstone研究所博士后Yu Zhang博士说：“数十年来科学家们一直在尝试通过移植成体心脏细胞来治疗心力衰竭，但这些细胞自身无法增殖，因此它们不能在受损的心脏中存活下去。我们构建的ieCPCs可以大量增殖，且很容易地成熟为心脏中的三种细胞类型，这使得它们成为了心力衰竭非常有前景的一种潜在疗法”

心血管祖细胞(CPCs)是在胚胎中心脏形成之时自然生成，这一过程促成了对不同类型心脏细胞的选择。在当前的研究中，研究人员成功在实验室中构建出了CPCs。他们利用一些药物得到了心脏干细胞，并将它们维持在发育为全功能心脏细胞之前的心脏前体细胞状态。

器官特异性干细胞的特别之处在于，它们可以发育为成体细胞，并能无限地增殖。在当前的研究中，ieCPCs持续十几代呈指数扩增，生成了足够数量有潜力治疗许多患者的细胞。这种自我更新对于治疗心力衰竭尤为重要，因为在心脏病发作后可以丧失10多亿的心脏细胞。大量的细胞更新意味着，ieCPCs可成为替代这些损伤细胞的一种可持续的方法。ieCPCs还可以发育为三种不同类型心脏细胞其中的任一种：心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞。当注入到心脏中去时，不需要额外的信号这些细胞可以自发转变为后三种细胞。

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以往科学家们曾尝试通过移植成体心脏细胞来治疗心力衰竭，大部分失败的原因都在于新细胞会迅速地死亡，无法自我更新，这意味着它们重新填充病变心脏的能力有限。此外，在移植中通常只采用一种类型的心脏细胞：心肌细胞，但心脏需要三种类型的细胞才能愈合及正常发挥功能。

将非心脏干细胞注入到心脏中治疗心力衰竭也只取得有限的成功。这是因为注入的细胞无法有效地转变为心脏细胞，因为它们需要一些复杂的信号才能发生改变。移植非心脏干细胞也会提高肿瘤形成风险，因为许多细胞会转变为心脏细胞之外的其他细胞类型。ieCPCs避免了这一问题，因为它们已经锁定了成为心脏细胞的命运。

在当前的研究中，90%注入及存留在心脏病发作后小鼠心脏中的ieCPCs成功地转变为了功能性心脏细胞，与既有的细胞一起跳动，构建出了新血管。这些ieCPCs显著地改善了心脏功能，使得心脏能够更有效地泵血，这些效应至少持续了三个月。因为这些细胞是由皮肤细胞所生成，从而为实现个体化医疗，即利用患者自身的细胞来治疗他们的心脏病打开了大门。

论文的资深作者、Gladstone研究所高级研究员丁胜（Sheng Ding）博士说：“心脏祖细胞是心脏再生的理想细胞。它们是最接近功能性心脏细胞的祖细胞，在培养皿和活体心脏中它们可以只经一步快速且有效地变为心脏细胞。利用我们的新技术，可以快速在培养皿中构建出数十亿这样的细胞，然后将它们移植到受损心脏中治疗心力衰竭。”

丁胜博士早年毕业于北京大学，在合成化学、干细胞生物学以及药物研发技术方面具有很强的科研实力和独特见解，创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。2009 年被权威杂志 The Scientist评为“年度最佳创新技术”和 “生命科学年度人物”。

2014年2月，丁胜博士带领研究人员设计出了一种新方法，能够更有效并且更完全地将皮肤细胞重编程为几乎与心肌细胞没有区别的细胞。为找到一种方法再生出心脏病发作失去的心肌带来了新希望。研究结果发表在Cell Reports杂志上（知名学者丁胜Cell子刊开发新型转分化分子鸡尾酒）。

2015年2月，丁胜博士与斯坦福大学的Lei Stanley Qi合作找到了一种方法，通过导入几个关键的化合物提高了CRISPR的效率。这一重要研究成果发表在Cell stem cell杂志上（华人科学家Cell子刊发表CRISPR重要研究成果 ）。

2016年1月，他与加州大学旧金山分校糖尿病中心主任Matthias Hebrok一起，成功将人体皮肤细胞转化为功能健全的胰腺细胞。新的细胞可产生胰岛素响应葡萄糖水平的变化，并且，在移植到疾病小鼠模型体内之后，这些细胞可保护动物免于患上糖尿病。这项研究成果发表在Nature Communications上（知名学者丁胜：细胞重编程技术重要进展）。

（生物通：何嫱）

作者简介：

丁胜

世界著名的生物学机构美国斯克里普斯研究所化学系博士，目前在Gladstone研究所任资深研究员，是一位年轻有为、非常具有潜力和实力的科学家。多次作为专家担任美国多个重大基金或项目的评审。丁胜博士具有合成化学、干细胞生物学及药物研发技术多元的专业背景，并创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。
       
丁博士在该学科的成就使得权威杂志The Scientist在2009年度盘点中，两度垂青这个青年科学家：丁胜博士所创的蛋白诱导ips技术被评为“年度最佳创新技术”，与此同时，丁胜博士也被The Scientist评选为“生命科学年度人物”。

生物通推荐原文索引：

Expandable Cardiovascular Progenitor Cells Reprogrammed from Fibroblasts

Stem cell-based approaches to cardiac regeneration are increasingly viable strategies for treating heart failure. Generating abundant and functional autologous cells for transplantation in such a setting, however, remains a significant challenge. Here, we isolated a cell population with extensive proliferation capacity and restricted cardiovascular differentiation potentials during cardiac transdifferentiation of mouse fibroblasts. These induced expandable cardiovascular progenitor cells (ieCPCs) proliferated extensively for more than 18 passages in chemically defined conditions, with 105 starting fibroblasts robustly producing 1016 ieCPCs. ieCPCs expressed cardiac signature genes and readily differentiated into functional cardiomyocytes (CMs), endothelial cells (ECs), and smooth muscle cells (SMCs) in vitro, even after long-term expansion. When transplanted into mouse hearts following myocardial infarction, ieCPCs spontaneously differentiated into CMs, ECs, and SMCs and improved cardiac function for up to 12 weeks after transplantation. Thus, ieCPCs are a powerful system to study cardiovascular specification and provide strategies for regenerative medicine in the heart.