美科学家将人类皮肤细胞直接转化为神经细胞

laputave

美科学家将人类皮肤细胞直接转化为神经细胞
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英国《自然》杂志网站刊登的一份研究报告说，美国研究人员不久前成功将人类皮肤细胞直接转化为神经细胞，这对于再生医学等领域具有重要意义。9 m7 Q7 t$ F- i
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美国斯坦福大学医学院的马里厄斯·韦尼希等人报告了这项成果。该小组曾在去年撰文说，可用3个基因将实验鼠的皮肤细胞转化为神经细胞，后来又尝试以同样方法改造人类皮肤细胞，不过这样得到的细胞只是与神经细胞相似，不具备发送电信号的功能。经过长期寻找，研究人员终于发现，如果加入第四个基因，可将人类皮肤细胞直接转化为具备发送电信号功能的神经细胞。! B) v  E+ l& P! p0 {- e  l9 F
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本次研究的一大成功之处是直接将人类皮肤细胞转化为神经细胞，而此前一些细胞转化研究需经过“诱导多功能干细胞”阶段，即先对成年体细胞进行基因“重新编排”，使其回归到胚胎干细胞状态，成为具有分化成不同组织能力的“诱导多功能干细胞”，再将其慢慢培育成所需细胞。
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研究人员说，与使用这种方法相比，直接把皮肤细胞转化为神经细胞在时间上更快，转化生成的新细胞发生病变的风险也更少。8 s  d) J% E, T& t* C$ S- w1 Y

$ |1 w. Q! D7 P0 B( r不过，本次研究成果也存在一些需改进之处。一方面是转化成功率较低，只有2%到4%。另一方面，转化得到的神经细胞使用谷氨酸盐作为传递信号的化学物质，这限制了用它们治疗帕金森氏症的前景。在帕金森氏症患者中，正是使用谷氨酸盐的那些神经细胞出了问题。  y6 A3 ]9 e9 Q/ V4 x" D' P! j
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韦尼希说，接下来将一方面努力提高细胞直接转化的成功率，另一方面也将尝试培养不使用谷氨酸盐的神经细胞，如果能获得成功，将为再生医学领域使用这些细胞治疗帕金森氏症等神经系统疾病带来希望。
; ^$ {# f" d9 s: @8 ESomatic cell nuclear transfer, cell fusion, or expression of lineage-specific factors have been shown to induce cell-fate changes in diverse somatic cell types1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. We recently observed that forced expression of a combination of three transcription factors, Brn2 (also known as Pou3f2), Ascl1 and Myt1l, can efficiently convert mouse fibroblasts into functional induced neuronal (iN) cells13. Here we show that the same three factors can generate functional neurons from human pluripotent stem cells as early as 6 days after transgene activation. When combined with the basic helix–loop–helix transcription factor NeuroD1, these factors could also convert fetal and postnatal human fibroblasts into iN cells showing typical neuronal morphologies and expressing multiple neuronal markers, even after downregulation of the exogenous transcription factors. Importantly, the vast majority of human iN cells were able to generate action potentials and many matured to receive synaptic contacts when co-cultured with primary mouse cortical neurons. Our data demonstrate that non-neural human somatic cells, as well as pluripotent stem cells, can be converted directly into neurons by lineage-determining transcription factors. These methods may facilitate robust generation of patient-specific human neurons for in vitro disease modelling or future applications in regenerative medicine.
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linlicau

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conanthird

在帕金森氏症患者中，正是使用谷氨酸盐的那些神经细胞出了问题。) Y- i& {! r9 ?" ~7 W* w2 V, F$ ~
这句话的出处及含义不明白，不知是否有高手解释一下。谢谢。

细胞海洋

　据英国《自然》杂志网站5月26日报道，美国斯坦福大学医学院的科学家表示，只需要朝人类的皮肤细胞中添加四种蛋白质，在4至5周内，就能直接变成功能性神经元。最新技术不再需要首先制造出诱导多功能干细胞，使科学家更容易在实验室培养皿中制造出用于研究的神经元，或许未来还可应用于人类疾病的治疗。 4 ?+ \# m+ M0 e2 b6 Z

) _6 H- ^4 q) M' R5 R　　斯坦福大学医学院助理教授、干细胞生物和再生医学研究所研究员马里厄斯·韦尼领导的研究团队，去年曾成功地将实验室老鼠身上的皮肤细胞直接变成神经元，之后一直试图将同样的技术应用于人类细胞。他们首先证明，通过注入一个病毒能将人类的胚胎干细胞转变为神经元，该病毒能表达Brn2、Ascl1、Myt1l三种转录因子集合而成的蛋白质组合，他们将这种方法简称为“BAM”。BAM法很容易在6天内将胚胎干细胞转化为功能性的神经元，另外，使用诱导多功能干细胞也可以做到这一点。 7 R* j7 F$ R/ B9 Q! ^- |1 G/ T* v5 \
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　　韦尼团队在新实验中使用同样的BAM法研究了胎儿和新生儿的皮肤细胞，结果发现，尽管BAM方法会使皮肤细胞看起来更像神经元，但最终得到的神经元细胞不能产生相互交流的电信号。于是，他们朝其中添加了第四个转录因子NeuroD，结果取得了成功。在实验室培养皿中，约4周到5周内，皮肤细胞直接被转化为功能性的神经元，这些神经元能够表达电活动，甚至能整合入实验室培养出来的老鼠神经元内并同其相互交流。
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　　然而，在目前的培养环境下，只有20%的老鼠皮肤细胞能直接转化为神经元；只有约2%到4%的人体皮肤细胞能直接转化为功能性的神经元。并且，老鼠细胞完成其打开和关闭功能需要几天；而人类皮肤细胞则需要几周，而且，其产生的电信号比天然神经元产生的电信号微弱很多。 2 g2 Y- G' w9 Q$ Z

2 F! ~  l: P& e. {　　不久之前，斯坦福大学人类胚胎干细胞研究与教育中心主任雷妮·雷霍·派拉教授使用帕金森氏症患者捐出的细胞，制造出了诱导多功能干细胞，并将其变为适合专门供该患者使用的神经元。然而，该过程的任务量很大而且只针对特定的细胞。 0 w3 p# C$ H0 O( A/ g2 w+ a
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　　韦尼和同事正在对这项技术和培养环境进行优化，以增加直接转化的效率和速度。韦尼表示，新研究让我们朝在实验室中模拟大脑或神经疾病这个大目标更近了一步，诱导多功能干细胞也能做这件事情并被实验所证明，我们需要继续研究这两种策略，可能不同的方法能针对不同的疾病。(刘霞)
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Jusin

  N0 o% n: S4 m) @0 r$ u, e长久以来，人们就在探索是否可以通过改变分化细胞的表观遗传学特征从而改变其功能和特性。1997年英国科学家Wilmut将羊体细胞的细胞核转入去核的卵母细胞中并发育成成熟的个体——著名的多利羊，从而在实践中证实了体细胞逆转成为全能干细胞的可能性。但由于该技术需要使用卵细胞，使得其在医学应用中受到了伦理和材料来源等诸多限制。2006年，日本科学家山中伸弥发现4个转录因子（Oct-4,Sox-2、Klf4和c-Myc）能将皮肤细胞成功逆转为可以向3个胚层分化的诱导多能干细胞。使人类朝获得可用于再生医学及疾病治疗的无限分化潜能细胞的梦想又推进了一步。; w3 @+ G  O/ N' r# }. q9 x

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- F) V, c; Q8 @" J2 W) z2 C胚胎干细胞和iPS的优势是多潜能，而弱点是过程太长，风险相应也大，到现在很多关键的问题也还认识不深，人们同时也在设法绕过这个多潜能阶段。直接转分化技术是近年来被科学家们广泛应用到器官移植获取具有修复功能的细胞研究中的一项新技术。利用直接转分化技术，科学家们可绕过干细胞中间阶段，直接将某一种成体终末分化细胞特定转化为其他种类的终末分化细胞，在这个过程中细胞的状态和功能也随之发生改变。目前科学家们已利用转分化技术已成功地诱导成体细胞重编程生成了血细胞、心肌细胞和神经细胞。
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美国斯坦福大学的Marius  Werning及同事近年一直致力于诱导皮肤细胞获得功能性神经细胞的研究工作。去年Marius  Werning领导的研究小组将3个转录因子基因（Ascl1,Brn2和Myt1l）同时转入到小鼠皮肤细胞后，在不到1周的时间内将20%的皮肤细胞诱导生成了神经细胞，这些细胞不光看上去像神经元，而且还表达神经元特有的蛋白，并且能互相与正常小鼠的大脑皮层细胞形成神经突触并转导信号。由此确认了转化的细胞具有完全的成熟神经细胞的功能。相关研究论文发表在《Nature》杂志上。9 Q' ~5 D) }2 b( t! F; a; b& d

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近日Marius  Werning研究小组在原有的三个转录因子基础上，添加了一个螺旋环螺旋转录因子NeuroD1，成功地将人类胚胎及新生儿的皮肤纤维细胞成功地诱导为功能性神经细胞。这些细胞不仅显示典型的神经元形态，表达多种神经元标志蛋白。并且能够产生动作电位。当研究人员将这些神经细胞与原代小鼠皮质神经元进行共培养时，证实它们能够形成神经突触并传到信号。这一研究成果发表在2011年5月26日《Nature》杂志的网络版上。& v. W3 W7 a, f6 `- U
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% x8 x& u; x3 ]0 ~4 N$ y1 R4 s此外，近期国内的研究学者也利用这一技术取得了重要成果。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惠利健研究团队利用直接转分化的方法将从小鼠尾部获取的成纤维细胞重编程生成了成熟的肝细胞样细胞（hepatocyte-like  cells，iHep）。/ ?' j3 j2 U4 B: {5 {7 q
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他们将在肝脏发育及功能中起重要作用的14种转录因子转导至获得的小鼠尾部成纤维细胞中，并对这些转录因子形成的多种组合进行了筛选。研究人员证实在抑制细胞衰老机制的前提条件下，转入3个转录因子，即可将小鼠尾巴上的成纤维细胞转化成肝脏细胞。这种细胞具有和体内肝脏细胞类似的上皮细胞形态、基因表达谱，且获得了肝脏细胞的功能，如肝糖原积累、乙酰化低密度脂蛋白的转运、药物代谢和吲哚绿的吸收等。在进一步的动物实验中，研究人员证实转化型肝脏细胞在移植入模拟人类酪氨酸代谢缺陷疾病的小鼠后，可象正常肝细胞一样，在被移植的肝脏中增殖，重建受体小鼠的肝脏。小鼠的总胆红素、转氨酶、酪氨酸等肝功能指标均出现明显好转，濒临死亡的小鼠得以存活。! o1 E1 ?- y9 X5 p, r

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. f7 t# G" `/ W( P（生物通：何嫱）