中国医学科学最新文章：一种高效产生造血前体细胞方法

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生物通报道：人胚胎干细胞具有分化为造血前体细胞及各种功能血细胞的潜能。但是, 目前的分化筛选模型定向诱导分化效率很低, 分化程序复杂且较难建立, 分化的细胞功能存在缺陷。来自中国医学科学院&北京协和医学院，南开大学生命科学学院的研究人员近期采用分步法在不依赖血清及基质细胞的条件下, 建立了一种高效分化产生造血前体细胞的方法。

人胚胎干细胞和诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)统称为人多能干细胞, 理论上其具有分化为人体各种功能细胞, 用于研究人类早期发育与器官形成、药物筛选及细胞治疗等。

早期的研究表明, 人胚胎干细胞可分化为具有集落形成能力的造血前体细胞。此后, 采用“拟胚体”或者来自骨髓、胎肝等组织的基质细胞共培养的方法, 先后将人胚胎干细胞诱导分化为红细胞、巨核细胞、中性粒细胞、NK 细胞及 T 细胞等血细胞。将体外分化获得的造血前体细胞进一步进行体内移植, 可获得少量的分化血细胞。但是, 目前已有的分化体系需要依赖基质细胞、血清及生长因子, 而且分化效率很低, 重复性差, 分化时间长, 分化获得的造血前体细胞体内移植能力非常低。造成分化程序不完善和不统一的最重要原因是对人胚胎干细胞造血分化的实时动态信号知之甚少, 对分化的机理认识不足。因此, 建立一种可针对人胚胎干细胞早期造血分化过程进行基因功能筛选的方法将有利于揭示起始和调控分化的实时信号, 为设计高效的分化策略提供理论基础。

在这篇文章中，研究人员采用分步法在不依赖血清及基质细胞的条件下, 建立了一种高效分化产生造血前体细胞的方法, CD34+CD31+造血前体细胞的比例可达到 25%。产生的造血前体细胞可以进一步诱导分化为红系、粒系及粒-巨噬系集落。此外, 携带针对 T 基因干扰 shRNA 的慢病毒可高效感染人胚胎干细胞, 实现高效干扰, 调控造血分化效率。

这项研究建立了一种高效分化产生造血前体细胞的方法, 同时表明此模型可以有效与 shRNA 文库结合, 筛选调控人胚胎干细胞造血分化的关键基因, 为揭示人胚胎干细胞造血分化机理, 以及设计更加完善的分化体系高效获得功能成熟的血细胞用于药物筛选及细胞治疗打下了基础。

目前已有的方法大多依赖于血清或者基质细胞的共培养, 最近 Wang 等人和 Yu 等人也报道了“三步法”采用单层的方法分化产生造血前体细胞并证明RA及TGF-β信号通路在调控造血分化过程中非常重要。这是从信号通路的层面利用化学小分子进行机理研究的成功例子. 但是, 利用化学小分子进行调控信号通路的机理研究有很大的局限性。首先, 可高效专一调控信号通路的小分子有限, 对转录因子等不具有特异化学抑制剂分子的基因功能研究则无法进行。

这项研究利用高效的 shRNA 对单一基因T 的功能在造血分化过程中进行了成功干扰, 并表明干扰T的表达影响造血分化的效率, 因此对新基因在造血分化过程中作用机理的研究具有良好的应用前景。由于利用细胞单层的方式进行分化, 可以方便进行较大规模的操作, 因此可与 RNA 干扰文库结合,进行一定规模的功能筛选, 这也是本研究未来的发展方向。

原文检索：

庞素蕾, 吴清清, 田莎, 等. 一种高效的人胚胎干细胞早期造血分化和功能筛选模型的建立. 中国科学: 生命科学, 2013, 43: 762–769
Pan S L, Wu Q Q, Tian S, et al. Establishment of a highly efficient hematopoietic differentiation model from human embryonic stem cells for functional screening. Sci China Life Sci, 2013, 56, in press