王韫芳、裴雪涛Cell Stem Cell解析新型谱系重编程实现细胞命运转换

　　

  7月21日，《细胞-干细胞》杂志在线发表军事医学科学院野战输血研究所王韫芳和裴雪涛研究团队的一项革命性研究成果——仅用小分子化合物成功地将人胃上皮细胞转变成多潜能的内胚层祖细胞，后者可以进一步被诱导分化为成熟的肝细胞、胰腺细胞和肠道上皮细胞。未来，终末期肝病、糖尿病或肠道疾病患者有望利用自体胃黏膜细胞经过化学药物处理获得相关功能性细胞用于疾病的治疗。军事医学科学院野战输血研究所的覃金华、王术勇、张文成博士为文章的主要作者。

  通过借助卵母细胞进行细胞核移植或者使用导入外源基因的方法，哺乳动物体细胞被证明可以被“重编程”获得“多能性”，这两项技术共同获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。此后，皮肤成纤维细胞陆续被直接转变为干细胞以及心肌细胞、肝细胞、胰腺细胞和神经元等成熟细胞，为疾病模型构建和再生医学提供了新的种子细胞来源。

   但是目前大部分诱导重编程研究通过强制表达外源转录因子的方法实现，这样的重编程策略存在安全性隐患，限制了其临床转化，因此人们一直致力于寻找更加安全可控的重编程方式。而利用小分子化合物诱导谱系重编程的新方法摆脱了以往技术手段对于卵母细胞和外源基因的依赖而实现了相似的细胞命运转变，避免重编程技术在伦理或技术上所遭受的一些质疑，包括破坏胚胎或基因突变风险等，因而具有更安全、更可控的操作性，是未来临床应用的方向之一。

   胃上皮细胞发育起源于内胚层祖细胞，该团队巧妙地利用二者之间较近的亲缘关系以及胃上皮细胞的临床可获取性，仅使用小分子化合物组合成功诱导人终末成熟的胃上皮细胞转换为内胚层祖细胞，这种化合物诱导获得的人内胚层祖细胞（hiEndoPCs）具有产生胰腺细胞，肝细胞和肠道细胞等多种类型的内胚层功能细胞的能力。其产生的胰岛β细胞在高糖环境刺激下能够释放胰岛素，对未来糖尿病的细胞治疗具有十分重要的临床意义。此外hiEndoPCs诱导产生的肝脏细胞在移植到肝病小鼠模型体内可发挥体内肝细胞相似的生物学功能，包括分泌白蛋白，进而挽救小鼠生命，这为未来临床终末期肝病的细胞治疗开辟了全新的方式。

   此外，在保持染色体核型稳定正常的情况下，hiEndoPCs体外能够进行4-6代的扩增，能够满足疾病治疗所需的细胞数量。与具备发育全能性的人胚胎干细胞或诱导多能性干细胞（iPSCs）相比较，hiEndoPCs的分化潜能限定于内脏内胚层组织（肝脏、胰腺、肠道等），在体内不会形成畸胎瘤，这些都保障了未来hiEndoPCs的临床应用安全性。

   该项研究突破了经典重编程对转录因子的依赖，丰富了干细胞再生生物学的理论体系，在国际上首次实现了利用小分子化合物诱导人胃上皮细胞直接转换为内胚层祖细胞，为成熟肝细胞、胰腺细胞等内胚层来源的功能性细胞提供了安全、可控、有效的种子细胞来源，在个性化再生医学治疗、药物筛选和疾病模型构建中具有广阔的应用前景。利用该技术原理，人们有望实现其他组织细胞的命运转换研究及其特定类型的疾病治疗和创伤修复再生。

图注：从胃肠道手术和胃肠镜活检标本中分离出胃上皮细胞，利用小分子化合物组合将其谱系重编程为诱导人内胚层祖细胞（Human induced endodermal progenitor cells，hiEndoPCs），hiEndoPCs的发育阶段介于胚胎干细胞来源的原肠管（Primitive gut-tube）和后肠后段（Posterior foregut，PFG）之间，能够分化获得功能性肝细胞、胰腺内分泌细胞、肠上皮细胞等内胚层起源的成熟细胞类型。

原文摘要：

Conversion of Human Gastric Epithelial Cells to Multipotent Endodermal Progenitors using Defined Small Molecules

Endodermal stem/progenitor cells have diverse potential applications in research and regenerative medicine, so a readily available source could have widespread uses. Here we describe derivation of human induced endodermal progenitor cells (hiEndoPCs) from gastrointestinal epithelial cells using a cocktail of defined small molecules along with support from tissue-specific mesenchymal feeders. The hiEndoPCs show clonal expansion in culture and give rise to hepatocytes, pancreatic endocrine cells, and intestinal epithelial cells when treated with defined soluble molecules directing differentiation. The hiEndoPC-derived hepatocytes are able to rescue liver failure in Fah−/−Rag2−/− mice after transplantation, and, unlike hESCs, transplanted hiEndoPCs do not give rise to teratomas. Since human gastric epithelial cells are readily available from donors of many ages, this conversion strategy can generate clonally expandable cell populations with a variety of potential applications, including personalized drug screening and therapeutic strategies for liver failure and diabetes.