浅谈猪诱导性多潜能干细胞的应用前景

[摘 要] 诱导多潜能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS）是指通过在分化的体细胞中表达特定的转录因子来诱导其发生重编程而获得的可不断自我更新和具有多向分化潜能的细胞。诱导多潜能干细胞在生物医学领域具有重要的应用前景。而物种的大小以及解剖学和生理学特性决定了其是否适合用作临床模型。2009年，3个不同的研究小组几乎同时发表了获得猪诱导多潜能干细胞的文章。研究人员通过逆转录病毒载体将4个重编程因子（POU5F1，SOX2，cMYC 和KLF4）导入体细胞，诱导产生具有胚胎干细胞（embryonic stem cells，ES）特性的诱导多潜能干细胞。研究发现，猪诱导多潜能干细胞比鼠诱导多潜能干细胞更接近人胚胎干细胞和人诱导多潜能干细胞。假如可以建立特定的猪诱导多潜能干细胞诱导分化为特定的细胞系，那么就有可能通过这些动物去检测诱导多潜能干细胞在基因治疗中的安全性和有效性。

作者简介：刘莹（1986-），女，山西人，助教，硕士研究生，研究方向：生殖生物学，E-mail：sagly0603@163.com。

2009年，Esteban、Ezashi、肖磊分别带领的 [1-3]3个研究小组相继发表了获得猪诱导多潜能干细胞的文章。其中中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所肖磊研究组发表的文章引起了极大的轰动，被称为“世界首例猪干细胞”。事实上，中国科学院广州生物医药与健康院赖学良研究员带领的研究小组发表的“利用西藏小型猪的胎儿成纤维细胞诱导产生诱导多潜能干细胞” [3]文章比肖磊研究小组发表的文章略早一些。这3个实验小组的研究都是在Takahashi和Yanamaka利用携带有POU5F1 （OCT4）、SOX2、cMYC、KLF4四个重编程因子的逆转录病毒载体感染小鼠体细胞使其发生重编程产生诱导多潜能干细胞[4]的研究基础上进行发展和改良的，且诱导产生的细胞符合多潜能性的要求。不过，读者可能会产生这样的疑问，在猪诱导多潜能干细胞的文章发表以前，Rui的文章已经报道了研究人员从猪胚胎干细胞中获得了多潜能细胞 [5]。为什么通过标准操作产生的猪胚胎干细胞和它们后续表现出的特性 [6-9]，受到科学家们如此大的关注？此外，猪诱导多潜能干细胞的价值到底在哪里？

1　猪诱导多潜能干细胞在猪转基因操作方面的优势

在上述几篇文章发表之前，有关猪多潜能干细胞的文章或从蹄类动物中获得多潜能干细胞的文献中描述的这些细胞并不完全符合多潜能细胞的标准 [10-13]。即使有文献表述研究人员建立的细胞系具有形成嵌合体猪的能力，但是这种能力都比较差 [9，14，15]。Esteban、Ezashi、肖磊3个研究小组发表的文献显示：他们获得的诱导多潜能干细胞可以无限增殖，这就是诱导多潜能干细胞的价值所在 [1-3]。而来自胚胎的体细胞只能进行有限的增殖，最终发生分化和衰亡。在对敲除和嵌入基因进行大量的筛选操作前，这些细胞可能就发生分化或衰亡。从上述文献报道来看，诱导多潜能干细胞在猪转基因操作方面优于体细胞，尤其是在基因敲除和基因嵌入方面的优势更为显著。

研究人员预测细胞分化和表观遗传状态与克隆效率呈负相关性 [16]，那么利用这些多潜能细胞产生克隆动物的效率比利用已分化的体细胞作为核移植供体细胞产生克隆动物的效率要高，同时发生发育缺陷和胎儿流产的现象比较少。但是这个推论可能是错误的。从诱导多潜能干细胞或胚胎干细胞中产生的细胞核与受精卵或卵裂早期胚胎是一样的，这种说法也是令人怀疑的。此外，移植细胞核的表观遗传和发育状态与其重编程能力之间的关系还不是很清楚 [17]。

2　猪诱导多潜能干细胞在临床医学中意义

建立猪诱导多潜能干细胞系最重要的原因或许是它们可用于检测诱导多潜能干细胞分化产生的细胞是否可以安全有效地用于组织移植。在基因治疗发展早期，由于经济利益的驱使和对其安全性的盲目乐观促使基因治疗过早地应用于临床，然而接受基因治疗患者的死亡使得研究人员不得不重新审视基因治疗在临床医学中的安全性。而诱导多潜能细胞是由患者本身的体细胞诱导而来的，研究人员猜想其在临床中发生免疫排斥反应的概率较异体移植要小得多，因此诱导多潜能细胞对临床研究具有特殊的意义。Wilson建议研究人员将这项技术应用于病患之前，应当在动物体内进行严格的试验以检测胚胎干细胞和诱导多潜能干细胞的安全性 [18]。而猪在解剖、生理、生化代谢等方面与人更为接近，那么猪诱导多潜能干细胞系的研究更有利于研究人类的疾病机制和建立有效的治疗模式。利用猪幼仔建立猪诱导多潜能干细胞，将其分化产生的组织移植到相同动物体内，移植受体免疫排斥反应的概率将大大降低。同时研究人员应该对其移植的成功性、具备的功能性以及是否导致病理状态进行评估，用以检测猪诱导多潜能细胞的安全性，从而为人类临床研究提供依据。

3　结论与展望

实际上，猪诱导多潜能干细胞在应用于临床前还存在一定的问题。诱导多潜能干细胞最初的研究对象是小鼠和人 [19，20]，这些细胞重编程后重编程因子必须敲除或者使其沉默。但从目前文献描述来看，猪诱导多潜能细胞中的重编程因子是持续表达的。这些重编程因子的持续表达可能影响诱导多潜能干细胞的分化潜能，从而增加患胚胎癌或畸胎瘤的风险 [21]，因为重编程因子cMYC是致癌基因。尽管如此，无论是猪还是其他哺乳动物与啮齿类动物相比在大小、解剖学、寿命和生理学方面都更接近人类。研究人员正在不断解决们这些问题，相信在不远的未来猪诱导多潜能细胞的研究将取得实质性的进展，这对诱导多潜能细胞应用于临床具有很大的推动作用。