Cell Research：iPS细胞分化新发现

细胞海洋

生物通报道：iPS研究由于在未来临床应用的的无限可能，而吸引了全球不少实验室的科学家们，来自中科院健康科学研究所干细胞生物学重点实验室的研究人员发表了题为“Ascorbic acid enhances cardiac differentiation of induced pluripotent stem cells through promoting the proliferation of cardiac progenitor cells”的文章，报道了诱导多能干细胞iPS细胞在临床上转化应用的最新成果——建立了简单经济的高效诱导iPSCs向心肌细胞分化的体系，并发现细胞外微环境在多能干细胞分化过程中的重要作用。相关成果公布在Cell Research杂志上。
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这项研究由干细胞生物学重点实验室分子心脏学课题组杨黄恬研究组完成，第一作者博士研究生曹楠。其中杨黄恬研究员早年毕业于南通医学院，之后获得日本山形大学医学部博士学位，目前任中科院上海生命科学院博士生导师。
( L; `' J* ~7 v( r1 j0 D诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)分化的心肌细胞对于药物筛选、心肌再生医学及其心脏发育生物学的研究均具有重要意义，并是研究人类心脏疾病提供了独特的体外模型。然而iPSCs的自发心肌细胞分化效率极低且分化的心肌细胞功能也相对的不成熟，各系之间的分化潜能差异大，因此，明确其定向分化的关键环节和调控机制，并建立稳定高效、经济简便地诱导iPSCs分化为所需的功能心肌细胞是研究其应用价值的关键前提之一。
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9 |* L  c# L9 m5 J# d8 R0 z* G) k在这篇文章中，研究人员采用中科院动物所、上海生命科学院生化与细胞所、健康所、广州生物医药与健康院建立的11株不同的iPSCs系统筛选了16种心肌细胞分化诱导物，发现只有抗坏血酸(ascorbic acid, AA)表现出一致和高效的诱导iPSCs向心肌细胞分化作用。通过比较不同浓度和不同分化时段AA的处理，建立了简单经济的高效诱导iPSCs向心肌细胞分化的体系，可将小鼠和人iPSCs向心肌细胞的分化效率分别提高了约7.3倍和30.2倍，并明显缩小了不同iPSCs系间，包括不具有自发心肌细胞分化潜能的iPSCs间心肌细胞的分化差异。1 M2 s7 O( H' t
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进一步的机制研究发现，AA促进心肌细胞分化作用是通过增强胞外胶原的分泌，从而激活MEK-ERK1/2 pathway，进而特异性地促进心肌前体细胞增殖而实现的。此外，通过结构和功能分析发现，AA诱导产生的心肌细胞表现出更为成熟的电活动和钙活动特征，其肌丝排列更为规律有序，对于重要的心肌细胞功能调控信号的反应性也明显增强，表明AA促进了iPSCs分化的心肌细胞的成熟度。该研究发现进一步揭示了细胞外微环境对于多能干细胞向心肌细胞分化和心肌前体细胞的增殖具有重要的调控作用，所建立的简便经济的高效诱导小鼠和人iPSCs向心肌细胞分化的体系，有助于iPSCs在心脏疾病发生、药物筛选以及心脏再生医学方面的应用研究。
; e0 s, X/ Q2 y" [% \# Y值得关注的是，另外近期在心肌细胞逆转化研究方向也获得了新成果：研究人员发现心肌细胞逆转化过程中发挥关键作用的蛋白。研究人员利用心肌梗死小鼠模型，证实了一种心脏组织中的oncostatin M蛋白能刺激了受损心肌组织修复。这一发现或可帮助研究人员实现心脏的自我修复。

细胞海洋

原文摘要： & N$ T) ]$ t# K2 V
Ascorbic acid enhances cardiac differentiation of induced pluripotent stem cells through promoting the proliferation of cardiac progenitor cells
$ P3 c- G& E, n; _Generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) has opened new avenues for the investigation of heart diseases, drug screening and potential autologous cardiac regeneration. However, their application is hampered by inefficient cardiac differentiation, high interline variability, and poor maturation of iPSC-derived cardiomyocytes (iPS-CMs). To identify efficient inducers for cardiac differentiation and maturation of iPSCs and elucidate the mechanisms, we systematically screened sixteen cardiomyocyte inducers on various murine (m) iPSCs and found that only ascorbic acid (AA) consistently and robustly enhanced the cardiac differentiation of eleven lines including eight without spontaneous cardiogenic potential. We then optimized the treatment conditions and demonstrated that differentiation day 2-6, a period for the specification of cardiac progenitor cells (CPCs), was a critical time for AA to take effect. This was further confirmed by the fact that AA increased the expression of cardiovascular but not mesodermal markers. Noteworthily, AA treatment led to approximately 7.3-fold (miPSCs) and 30.2-fold (human iPSCs) augment in the yield of iPS-CMs. Such effect was attributed to a specific increase in the proliferation of CPCs via the MEK-ERK1/2 pathway by promoting collagen synthesis. In addition, AA-induced cardiomyocytes showed better sarcomeric organization and enhanced responses of action potentials and calcium transients to β-adrenergic and muscarinic stimulations. These findings demonstrate that AA is a suitable cardiomyocyte inducer for iPSCs to improve cardiac differentiation and maturation simply, universally, and efficiently. These findings also highlight the importance of stimulating CPC proliferation by manipulating extracellular microenvironment in guiding cardiac differentiation of the pluripotent stem cells. / z1 v/ b) V, c4 I. T" m

+ C+ @0 h- a4 G& e1 M; S(http://www.ebiotrade.com/)

fwyou

海洋，现在再生医学依旧火热，但是，我想问的是：1 ips本身的缺陷，如果ips本身就有缺陷了，那么诱导出的组织有否遗留着这个缺陷。2，ips诱导过程培养基的问题，现在无血清培养体系很少，那么问题就来了，这个血清来源，胎牛的，人和鼠属于异源的了，那么诱导出的ips就有可能发生表面抗原的改变，现在么有证据证明，因为现在没有实验手段去证明。3，ips历史记忆的问题和细胞位置效应的问题，这两个都是经典细胞学说，但是ips仿佛彻底打翻这两个学说，现在怎么去融合ips和细胞位置效应的理论？

chb611301

向fwyou学习了，很精辟的！

刘森泉

fwyou概括的很好啊，学习了。: G* m  g  t; D& }7 H' t
但是，事情是一步一步来的，iPS才几年时间，还比较年轻，只有在解决重编程效率、增殖、分化可能性等基本问题后，才会去想安全性、人源化、个体化等更高层次的难题。所以说：iPS运用于临床还有很多事情等待解决，iPS领域虽然很火进展很快，但还需要一些质变！

千细胞

FOR fwyou9 b- j5 c/ i8 y" d$ I
问题1.IPS的缺陷其实是存在的，如果在来源细胞中存在缺陷的话，IPS在获得后以及诱导分化中都存在这样的缺陷，这个也是拿IPS做药物开发和治疗的基础；2.IPS培养过程可以用SR来解决这个问题，在具体的分化过程中FBS是很重要的成分，并且它的一些作用我们也不是很清楚，但是现在的一些小分子和化合物的开发，结合化学限定培养基，做到避免FBS还是可能的；问题3，还要思考一下

fwyou

回复 千细胞 的帖子4 m6 X5 x" A( w9 |$ V( T( v4 w

8 z+ `% G8 t  x: n/ f第一个问题，细胞本来就有缺陷，那在诱导，诱导过程的叠加缺陷？在药物筛选的作用?说白了，药物就是小分子，化合物或者大分子的蛋白质。2避免异源干扰，现在的实验手段完善吗？

千细胞

for 楼上
' C6 ~; {( n) w9 M6 v' X4 O; H我说的细胞缺陷，怎么讲了，就像针对疾病来源的细胞建立的IPS，无论来源细胞还是获得的IPS细胞都会保存这个疾病的基因或或者功能缺陷，利用他来作为针对这个疾病的药物筛选和治疗工具；另方面，表观遗传上的改变现在还没人说的清楚，到底是有害还是有利，都无法下结论，对IPS，es，msc都是如此
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问题2，避免异源干扰，是所有细胞或者组织进入临床应用之前要解决的问题，这个也是大家的努力方向，现在能不能办到，这边有个论坛的链接http://www.stemcell8.cn/thread-50046-1-1.html，最终的GMP是实现的途径，干细胞本身的培养问题避免异源的干扰是没很大问题的" {9 c# L( v- x. j% K- k

1 T. D3 M& S3 N0 y全当参考

千细胞

for 楼上  V1 C5 j# A  ]% W4 d7 Y6 w
我说的细胞缺陷，怎么讲了，就像针对疾病来源的细胞建立的IPS，无论来源细胞还是获得的IPS细胞都会保存这个疾病的基因或或者功能缺陷，利用他来作为针对这个疾病的药物筛选和治疗工具；另方面，表观遗传上的改变现在还没人说的清楚，到底是有害还是有利，都无法下结论，对IPS，es，msc都是如此3 r( w( y9 B4 `

% ]) \! I& Y3 ~7 Q  U) Y问题2，避免异源干扰，是所有细胞或者组织进入临床应用之前要解决的问题，这个也是大家的努力方向，现在能不能办到，这边有个论坛的链接http://www.stemcell8.cn/thread-50046-1-1.html，最终的GMP是实现的途径，干细胞本身的培养问题避免异源的干扰是没很大问题的
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全当参考

iamxuchen

做IPSCs已然从N,S,C降级到了Cell Research....今后估计就Stem Cell了...其实IPSCs的技术我感觉是超前出生的东西，本身分化的机制就不是很明白，有了IPSCs也无法很好的利用。关于缺陷我觉得自体来源的即使有缺陷也不足为奇，在不同时空下这个缺陷是否会影响还是问题，最后就是免疫源性的问题了，这个就需要免疫的发生发育方面做进一步的研究才能最终改善IPSCs的目前日趋低靡的研究状态。总而言之还是生不逢时，不过相信等其他方面都有所突破时一定会卷土重来的