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1、把人类胚胎干细胞转变为细胞的化学物质Yu-Ping Yang & Chris Wright摘要：小分子文库筛选识别分子信号传导中指导胰腺及其胰岛素分泌细胞形成的模拟器，使体外能进行复杂分析，或者通过大规模人类干细胞分化治疗糖尿病。糖尿病的分子替代物治疗可能越来越接近现实。Chen等人使用高容量高通量文库筛选得出促进人胚胎干细胞(hESCs)向某一类细胞有效转变的小分子诱导物，这一转变可能是从hESCs分化成能产生胰岛素的细胞的关键阶段。他们的研究也突出分析体外分化将有助于了解调节人细胞、组织的分化与维系的分子遗传机制的观点。能形成胰腺（图1a）的内胚层芽对来自前期胚胎的指导信号应答。原始肠呼吸
2、管变成由特定位置决定的的分区器官并分化出各器官所需的各种细胞类型及结构。我们对内胚层特化的了解很少，但已知胞内信号分子的联合有高效的选择性的组织诱导作用。除了成纤维细胞因子及刺猬蛋白等蛋白质，视黄酸这样的小分子也有关键作用。在各种脊椎动物上的研究已引导我们了解胰腺和胰岛的产生的遗传调节机制。在有细胞治疗的目标下进行体外胰腺重建或细胞生产是集中性研究。近期，Baetge及其同事表明,由体外内胚层研究指导下的信号分子与化合物的复杂混合能把hESCs转化成类似胰岛内分泌细胞的细胞。然而体外形成的完全分化的内分泌细胞是不完全且低效的：整理为word格式只有少量低葡萄糖敏感性的细胞。但是多能hESCs有
3、分化为成熟细胞的能力。部分分化的hESCs衍生的前胰腺细胞簇被注入小鼠后（在信号传导未知的情况下）完美地分化，最终产生在小鼠的胰腺细胞被人为破坏的情况下也能控制血糖浓度的细胞。因此治疗问题就是技术上的：如何在体外生产足够的有效细胞来移植给糖尿病患者。Chen等的结果更多地与第一步相关生产大量的能在体外或移植入小鼠后都能分化为所有胰腺细胞的多能细胞。蛋白激酶C（PKC）活化剂吲哚内酰胺（ILV）从5000种能大幅增加Pdx1表达细胞数的化合物中被筛选出来。Pdx1预测在胰腺及邻近组织中表达，在成熟细胞内储存，是分析后前肠内胚层发展的很好的切入点。小鼠和人体内Pdx1的缺失会造成胰腺形成的失败。C
4、hen等人发现ILV影响hESCs分化而来的内胚层祖细胞向前肠或胰腺或其他器官分化的选择点。将hESCs有效转化为定型内胚层，当最初定型内胚层中有5%的细胞能表达Pdx1时，ILV引起Pdx1表达型细胞增加5倍。ILV不是通过使最初的5%细胞增殖，而是活化定型内胚层细胞向Pdx1表达型转化。ILV与已知的胰腺形成效应分子FGF10协同地增加Pdx1表达细胞数。ILV是怎么作用的？它可能刺激PKC，PKC激动剂与拮抗剂巩固了这一猜想。有趣的是，PKC拮抗剂单独诱导Pdx1表达细胞数远低于最初的5%，表明PKC信号即诱导又维持这一状态。分化指导的影响及PKC-FGF关系是有先例的，如神经诱导及发育
5、中的鸡的肢芽。整理为word格式尽管如此，我们还是不清楚PKC是怎样诱导特定分子信号的。最初的定型内胚层中Pdx1表达细胞的存在表明这个组织包含亚稳定细胞，游走于分化的边缘而且随机效应和细胞培养条件造成少数的渗滤区域特化或分化（可能与体外培养有关）。 ILV有明显的增强效应，但其选择性及有益度有待研究。仍然有一些悬而未决的问题，有的正在研究中，包括测定复合筛中其他物质的分子功能。该套标记物比如各分化阶段的转录因子和细胞表面蛋白质的精确定义正在改善，但我们仍在追踪最重要的阶段的特异标签。详细地弄明白如此重要的中间物能帮助我们确定我们所做的是正确的体外细胞类型(图1a)。化学抑制剂也可能用于指导分
6、化防止进入非期望路径(图1b)。怎样找出在正常胰腺形成时分区的PKC刺激效应，以及发育中的组织间或组织内的信号流程将是有趣的追求。至于hESC衍生的治疗，保持对细胞群的一致的回应以及纯化相关中间群、控制增殖(图1c)是很重要的。对于在体外或异常植入点生长的祖细胞的适时成熟，有诱导作用的化合物最适于来平衡群体生长的细胞的自我装配。更奇怪的是，最近报道作为组织靶向药物的化合物理论上可以用于刺激病人残存的细胞的再生，或者引起不可思议的腺泡向细胞转化。尽管现在已确定IlV的活动机制，将来，关于其他化学物质是否真的需要这样的认识是可争议的。同时在hESC接触动物衍生产品的安全问题上化学诱导物可采取迂回战
7、术。此外，便宜的完全有效的化学物质更容易应用和移除，使得大量完美的替代细胞的配方整理为word格式型培养成为可能。图的说明： 图一 体外化学物质诱导分化模拟正常器官生成（a） 来自小鼠胚胎的内胚层向胰腺及其细胞的发育，体外各种胞内信号（S1,S2等）引起的细胞分化。各阶段有各种转录因子的组合(T1,T2等)，这也作为细胞分化步骤的自主调节，它们的产生被激活以响应各类信号。C1,C2等表示小分子诱导剂。相比单分子的化学物质的混合物的假定的协同作用，直接分化，避免中间阶段（CMIXX,CMIXY,CMIXZ）。某些化学物质（CMIXY）可能不指导形成完全的前细胞，而是一个缺乏一关键转录因子(T10
8、)的近似细胞。这一可能性强调检测的需要，小分子整理为word格式指导形成有潜在缺陷的几乎正常的细胞，可能不能再形成成熟细胞。信号，转录因子和化学诱导剂有时会出现在多个过渡步骤，这表明相关功能相连。此图省略了信号转导的中间体，如蛋白激酶。ICM：内细胞团。（b） 通过限制性通道的定向分化。化学抑制剂（I1，I2等）在几个选择点引导细胞到选定的分化程序，以防止向其他途径分化。（c） 小分子混合物（CMIXZ）指导前细胞复制产生大量细胞，可被其他化合物转化成完全成熟的细胞（和上图a中的最后一步相一致）参考文献：1. Chen, S. et al. Nat. Chem. Biol. 5, 258265
9、 (2009).2. Oliver-Krasinski, J.M. & Stoffers, D.A. Genes Dev. 22,19982021 (2008).3. DAmour, K.A. et al. Nat. Biotechnol. 24, 13921401(2006).4. Kroon, E. et al. Nat. Biotechnol. 26, 443452(2008).5. Kuriyama, S. & Mayor, R. Development 136, 575584(2009).6. Lu, H.C. et al. Development 128, 24512460(2001).7. Zhou, Q. et al. Nature 455, 627632 (2008).整理为word格式 友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！ 整理为word格式
