小分子化合物重編程體細(xì)胞助力人類疾病研究
一直以來，已分化的體細(xì)胞被認(rèn)定為細(xì)胞發(fā)育的最終階段，并且此過程是不可逆的。但是，隨著生物科學(xué)研究的深入，細(xì)胞重編程技術(shù)打破了傳統(tǒng)的思維。目前把已經(jīng)分化明確的細(xì)胞重新逆轉(zhuǎn)為具有多能性或全能性細(xì)胞的方式，稱為細(xì)胞重編程（somatic cell reprogramming）。細(xì)胞重編程技術(shù)在人類疾病研究工作中的應(yīng)用如圖1所示。
圖1 細(xì)胞重編程技術(shù)在人類疾病研究中的應(yīng)用（圖片來源于Nature Medicine）
取自患者的體細(xì)胞被重新編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）后，在體外進(jìn)行培養(yǎng)、基因改造并分化成特異性的不同組織的細(xì)胞。這些健康的細(xì)胞重新植入人體可以取代受損的器官或組織。另外，也可以用這些功能細(xì)胞建立疾病模型，用于新治療藥物的篩選和毒性測試。
目前，細(xì)胞重編程的方法主要包括細(xì)胞核移植、轉(zhuǎn)染特定的轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞融合等[1]。其中，細(xì)胞核移植涉及倫理問題，轉(zhuǎn)錄因子容易引起基因突變且轉(zhuǎn)換效率低都限制了臨床應(yīng)用。近年來研究人員發(fā)現(xiàn)了可以替代轉(zhuǎn)錄因子的小分子化合物對細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，也可以使已經(jīng)分化的細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為具有多能性的細(xì)胞。
圖2 小分子化合物在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的治療策略[2]
小分子化合物是指分子量小于1000Da（尤其小于500Da），具有生物學(xué)活性的化合物。小分子化合物可以自由進(jìn)入細(xì)胞膜、容易合成、價格低廉、容易調(diào)控、生物可塑性好等優(yōu)點，故小分子化合物誘導(dǎo)重編程技術(shù)成為研究者們新的研究方向。目前已經(jīng)報道的小分子化合物在誘導(dǎo)細(xì)胞重編程方面的實驗研究如表1。
表1 小分子化合物在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞領(lǐng)域的研究進(jìn)展[3]
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類別 |
小分子化合物 |
作用 |
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HDAC抑制劑 |
丙戊酸(VPA); Butyrate |
VPA僅使用Oct4和Sox2就可以把人成纖維細(xì)胞重編程為iPSCs；可提高重編程效率50倍（三因子誘導(dǎo)）或100倍（四因子誘導(dǎo)）; |
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TGF-β受體抑制劑 |
RepSox(E-616452); A-83-01; SB-431542; LY-364947 |
RepSox 可替代 Sox2(s); |
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ROCK抑制劑 |
Y-27632; Thiazovivin |
Y-27632與Thiazovivin提局重編程效率，促進(jìn)產(chǎn)生人iPSCs。 |
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cAMP激活劑 |
Forskolin;IBMX; Rolipram;8-Br-cAMP |
Forskolin是Oct4的化學(xué)替代物，IBMX；Rolipram；8-Br-cAMP；VPA合用可提高重編程效率。 |
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GSK3-P抑制劑 |
CHIR99021; BIO; Kenpaullone; I-BET151 |
CHIR99021維持干細(xì)胞多能狀態(tài)； |
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MAPK/ERK抑制劑 |
PD0325901 |
維持干細(xì)胞多能狀態(tài)。 |
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組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶 |
BIX-01294; AMI-5; DZNep |
BIX01294可代替Oct4與其他3個分子形成iPSCs； |
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組蛋白去甲基化酶抑制劑 |
Tranylcypromine |
顯著提高重編程效率。 |
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L-型鈣離子興奮劑 |
Bayk8644 |
與BIX-01294共同提高Oct4和Klf4對小鼠成纖維細(xì)胞的重編程效率，可彌補(bǔ)Sox2缺失帶來的影響。 |
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RA受體激動劑 |
AM580; TTNPB |
AM580、EPZ00477和SGC0946可促進(jìn)細(xì)胞完成Somatic-XEN- CiPSC過程; |
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PKC抑制劑 |
G06983 |
與 Forskolin;Y-27632合用可將細(xì)胞特定的轉(zhuǎn)化為hciNs，顯著提高重編程效率。 |
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JNK抑制劑 |
SP600125 |
與 Forskolin;Y-27632合用可將細(xì)胞特定的轉(zhuǎn)化為hciNs，顯著提高重編程效率。 |
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BMP信號抑制劑 |
LDN-193189 |
與CHIR99021;PD0325901;SB-431542和Forskolin合用作用于人成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為褐色脂肪細(xì)胞。 |
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P53抑制劑 |
Pifithrin-α |
與CH1R99021;PD0325901;SB-431542和Forskolin合用作用于人成纖維細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為褐色脂肪細(xì)胞。 |
注：Oct4;Sox2;Klf4是成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞所必須的轉(zhuǎn)錄因子。
小分子化合物重編程體細(xì)胞已經(jīng)實現(xiàn)，通過誘導(dǎo)可以獲得多能干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、心肌樣細(xì)胞等，這些細(xì)胞為疾病的臨床治療帶來了曙光，但是小分子化合物重編程的效率還有待提高。此外，小分子化合物重編程的機(jī)制還需要進(jìn)一步明確。還需尋找更多小分子組合誘導(dǎo)其他類型細(xì)胞重編程。相比傳統(tǒng)的基因操作方式，化合物誘導(dǎo)細(xì)胞重編程更加方便且安全，隨著未來研究的深入，這項技術(shù)將在再生醫(yī)學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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[3] 劉鑫洋, 秦杰琛. 小分子化合物在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J]. 中國生物制品學(xué)雜志, 2021(011):034.
