干細(xì)胞領(lǐng)域:Nature重磅發(fā)文,實(shí)現(xiàn)化學(xué)小分子誘導(dǎo)多潛能干細(xì)胞
多潛能干細(xì)胞具有無(wú)限增殖的特性和分化成生物體所有功能細(xì)胞類型的能力,使其在細(xì)胞治療、藥物篩選和疾病模型等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,尤其在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。如何使高度分化的成體細(xì)胞重獲類似胚胎發(fā)育早期的多潛能狀態(tài),一直是干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
2022年4月13日,北京大學(xué)鄧宏魁教授及其團(tuán)隊(duì)在頂級(jí)期刊Nature上發(fā)表題為“Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells”研究論文。在國(guó)際上報(bào)道了使用化學(xué)小分子誘導(dǎo)人成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎酀撃芨杉?xì)胞這一突破性研究成果,運(yùn)用化學(xué)小分子重編程細(xì)胞命運(yùn)(化學(xué)重編程),是繼“細(xì)胞核移植”和“轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)”之后的新一代的,由我國(guó)自主研發(fā)的人多潛能干細(xì)胞制備技術(shù),為我國(guó)干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展解決了底層技術(shù)上的卡脖子問(wèn)題。
文章截圖
本次研究的最大的突破是在人成體細(xì)胞中通過(guò)化學(xué)小分子轉(zhuǎn)化成了多能干細(xì)胞,開(kāi)創(chuàng)了一種全新的體細(xì)胞重編程體系。
研究團(tuán)隊(duì)篩選和組合了大量的小分子化合物,最后發(fā)現(xiàn)人成體細(xì)胞在特定化合物的誘導(dǎo)下,發(fā)生了類似去分化的現(xiàn)象,獲得具有一定可塑性的中間狀態(tài)。也就表明,通過(guò)一系列化學(xué)刺激,研究團(tuán)隊(duì)成功誘導(dǎo)出了人CiPS細(xì)胞。
為了摸清人體細(xì)胞化學(xué)重編程的軌跡,研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了精確到單細(xì)胞層面的分析,并確定重編程過(guò)程中的三個(gè)連續(xù)關(guān)鍵階段:第一階段:激活去分化與再生相關(guān)基因。此階段中,體細(xì)胞關(guān)聯(lián)程序被下調(diào),而多種參與胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖的基因被明顯上調(diào),且激活了這些特定基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程,細(xì)胞表觀遺傳修飾呈現(xiàn)與去分化、再生基因激活相關(guān)的整體低甲基化狀態(tài)。第二階段:XEN(原始內(nèi)胚層)程序激活。該階段內(nèi)高度表達(dá)與原始內(nèi)胚層(XEN)相關(guān)的基因與轉(zhuǎn)錄因子,并在末期由XEN樣狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芗?xì)胞狀態(tài)。第三階段:建立細(xì)胞多能網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞高度表達(dá)多能干細(xì)胞的標(biāo)志物,此類干細(xì)胞在適宜條件誘導(dǎo)下,具有無(wú)限增殖的能力。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)每一個(gè)階段的發(fā)育的終點(diǎn)與核心調(diào)控途徑,篩選得到不同的化合物組合來(lái)對(duì)細(xì)胞的重編程進(jìn)行精細(xì)的調(diào)控。
研究中,研究人員確定了JNK信號(hào)通路是化學(xué)重編程過(guò)程中的主要障礙,抑制JNK信號(hào)通路對(duì)通過(guò)抑制炎癥信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞可塑性和再生相關(guān)程序的必要性。在三個(gè)階段中,核心的調(diào)控通路為JNK通路,JNK信號(hào)通路在神經(jīng)元變性和穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用,是再生醫(yī)學(xué)研究的潛在靶點(diǎn)。
研究發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵化學(xué)小分子:CHIR-99021、616452及TTNPB顯著影響了再生基因LIN28A激活,抑制體細(xì)胞程序下調(diào),而JNK-IN-8可恢復(fù)細(xì)胞可塑性特征。這些調(diào)控內(nèi)源性細(xì)胞途徑和表觀遺傳靶點(diǎn)的小分子,通過(guò)化學(xué)協(xié)同作用,成功將人類體細(xì)胞從緊密鎖定的分化狀態(tài)中釋放出來(lái)。
圖片來(lái)源于文章
在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,純化學(xué)誘導(dǎo)的方法,無(wú)疑使iPSC應(yīng)用前景更為廣闊,既能突破日本的技術(shù)鎖,又能推進(jìn)成體細(xì)胞誘導(dǎo)分化為多能干細(xì)胞的底層技術(shù)發(fā)展,大大提高我國(guó)在干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)為細(xì)胞治療領(lǐng)域提供更為廣闊的思路。
產(chǎn)品名稱 | 產(chǎn)品編號(hào) | 規(guī)格 | 簡(jiǎn)介 |
CHIR-99021 | 53003ES | 2 mg, 5 mg, 10 mg | GSK-3抑制劑 |
RepSox(E-616452;SJN 2511;ALK5 Inhibitor II) | 53016ES | 5 mg, 10 mg, 25 mg | TGFβR-1抑制劑 |
TTNPB | 53242ES | 5 mg, 10 mg, 50 mg | 高效的RAR激動(dòng)劑 |
JNK-IN-8 | 53332ES | 5 mg, 10 mg, 25 mg | JNK抑制劑 |
1-Azakenpaullone | 52972ES | 2 mg, 5 mg, 10 mg | GSK-3β抑制劑 |
WS6 | 53243ES | 5 mg, 10 mg, 25 mg | 誘導(dǎo)β細(xì)胞增殖 |
Y-27632 dihydrochloride | 52604ES | 5 mg, 10 mg, 25 mg | ROCK抑制劑 |
5-Azacytidine(5-氮雜胞苷) | 53160ES | 50 mg, 250 mg, 500 mg | 抑制DNA甲基化 |
Smoothened Agonist (SAG) | 53257ES | 2 mg, 5 mg, 10 mg | Smoothened (Smo) 的有效激動(dòng)劑 |
PD0325901(Mirdametinib) | 53011ES | 5 mg, 10 mg, 50 mg | MEK抑制劑 |
Valproic acid | 52982ES | 200 mg, 500 mg, 1 g | HDAC抑制劑 |
DZNep hydrochloride | 53282ES | 1 mg, 5 mg | EZH2抑制劑 |
IWP-2(IWP2) | 53013ES | 5 mg, 10 mg, 50 mg | Wnt分泌和加工的抑制劑 |
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