Nat. Methods：裴端卿等将尿液中细胞诱导生成神经干细胞

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导读
中科院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究员及其他研究者，在探索诱导更具有多能性干细胞的试验过程中，开发出一种特殊的手段，将人尿液中分离而来的细胞成功诱导转变为具有功能的神经干细胞。
脊髓损伤、帕金森病、脑损伤等疾病的治疗急需新技术手段。我国科学家成功从人尿液细胞中获得安全性好的神经干细胞，为这些病患者进行神经干细胞移植治疗提供了一个新途径，有望直接用于临床治疗。这一成果论文于11月9日在线发表在国际科学期刊《自然·方法学》上。

据介绍，帕金森病等神经损伤及神经退行性疾病由于神经细胞的再生能力差而目前尚无有效的治疗方法。人们长期以来的梦想是通过移植神经干细胞来替代病人本身已经损伤丧失的细胞，从而达到治愈这类疾病的目的。神经干细胞的来源是目前尚未解决的难题。来自异体的神经干细胞往往会被病人的免疫系统排斥，最佳解决方案是来源自身的神经干细胞。然而通常情况下，在人体外很难获得病人本身的神经干细胞用于临床治疗。

中科院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究员和潘光锦研究员的研究，在探索诱导更具有多能性干细胞的试验过程中，开发出一种特殊的手段，将人尿液中分离而来的细胞成功诱导转变为具有功能的神经干细胞。

“这是一个意外的发现。我们是想将尿液细胞转变为比目前诱导多能干细胞更加具有多能性的干细胞，但我们设计的方法却诱导出了神经干细胞。”裴端卿介绍说，“这些神经干细胞能够在体外扩增，并在适当的条件下能够分化成熟为各种人体中存在的神经元和角质细胞。在进一步的动物模型的移植实验中，它们能够很好地在宿主体内存活和融入宿主的脑环境中。”

裴端卿表示，这一发现为获得病人特异性神经干细胞并用于自体移植治疗提供了一个具有很强实用性的技术手段和途径，有望在将来的临床应用中发挥重要作用。

国际干细胞研究学会主席、美国科学院院士弗莱德·盖奇教授评价说，裴端卿等的研究不仅用非整合载体来重编程体细胞，而且采用了来源于人体尿液的上皮样细胞。他们进一步令人信服地证实这些重编程细胞能在体外分化为真正具有功能的神经元，当移植到大鼠脑后能在体内分化为神经元和胶质细胞。这项研究的结果和方法对于干细胞领域来说具有重要价值和显著贡献。

人体每天排出的一些废物有可能成为强大的脑细胞来源用于研究疾病，甚至有一天还可能用于神经退行性疾病的治疗。科学家们发现了一种相对简单的方法将人体尿液排出的细胞诱导生成有价值的神经元。

研究论文在线发布于本周的《自然方法》（Nature Methods）杂志上，Nature官网第一时间对相关成果进行了新闻报道。这一技术没有涉及胚胎干细胞。众所周知，当移植到人体时胚胎干细胞存在一些严重的缺陷，例如肿瘤形成风险。新技术利用的是尿液中的普通细胞，研究人员将它们转化成了神经祖细胞（neural progenitor cell）。相比当前的方法，这些前体细胞可帮助研究人员更快地生成来源于患者、满足个体需要的细胞。研究人员通常是通过重编程培养的皮肤细胞和血液细胞来生成诱导多能干(iPS)细胞的，iPS细胞可以进而形成机体内所有的细胞。但尿液是一种更加方便的来源。

来自中国科学院广州生物医药与健康研究院的干细胞生物学家裴端卿（Duanqing Pei）和同事们在以往的研究中证实可将尿液中的肾上皮细胞重编程为iPS细胞。然而当时研究小组采用的是细胞重编程的一种常用技术——利用逆转录病毒将多能性基因插入到细胞中。这改变了细胞的遗传构成，有可能使它们具有不可预测性。因此，在新研究中，裴端卿及同事们利用了不会整合到细胞基因组中的载体来导入基因。

在他们的一项实验中，研究人员仅在12天时间就生成了与多能干细胞相似的，来自尿液的重编程细胞圆形克隆，将通常生成iPS细胞所需的时间缩短至一半。当进一步培养时，克隆呈现出与神经干细胞相同的玫瑰花环（rosette）形状。

无肿瘤风险

裴端卿和同事们将细胞转移到神经元生长培养基中，发现这些重编程细胞在实验室中进一步生成了功能性的神经元。

当研究小组重复这一实验，并将这些细胞移植到新生大鼠大脑中时，细胞没有形成肿瘤。相反，研究人员在4周后检测大鼠大脑，证实细胞呈现出神经元的形状和分子标记物。

神经祖细胞能够在培养物中增殖，由此研究人员可以生成大量细胞供实验所用。获得足量的细胞此前一直是这些“直接重编程”技术存在的一个主要问题，相比生成及诱导iPS细胞分化，新技术能够更快地生成神经元。

加拿大多伦多病童医院医学遗传学家James Ellis说：“这肯定能够加快研究的速度。” Ellis主要利用患者特异性的iPS细胞从事自闭症谱系障碍研究。

康涅狄格大学健康中心遗传学家Marc Lalande说：“新方法的优势在于：可以从几乎所有患者处获得这些尿液来源的细胞。”

他表示：“我们从事儿童疾病研究。相比抽血，从孩子那里获得尿液样本更为容易。”

专家简介：

裴端卿，中国科学院广州生物医药与健康研究院院长、华南干细胞与再生医学研究所所长、研究员、博士生导师，国家"973计划"、"863计划"生物医药领域专家，国家中长期科技发展纲要"发育与生殖"重大研究计划专家，国家基金委杰出青年、长江学者、中科院百人计划、“新世纪百千万人才工程”国家级人选。

主要从事干细胞全能性调控机理方面的研究。在多能性转录因子Oct4、Nanog和Sox2的结构与功能研究中取得了国际公认的成果，并发现了调控干细胞多能性的负反馈调控机制，成功地解释了胚胎干细胞中多能性核心因子受到严格调控的表型。在国内率先建立了体细胞重编程(iPS）技术平台，并在国际上首次实现猪的体细胞重编程，并利用维生素C极大的提高了诱导多能干细胞（iPSC）转化效率，为我国在该领域的发展起到了引领作用。目前已在Nature、Cancer cell、 Cell stem cell、PLoS Biology、 Proc. Natl. Acad. Sci.、Cancer Res、FASEB J、J of Biol. Chem. 等国际著名学术刊物上发表42篇论文。从1991年至2009年，共发表SCI收录的论文70余篇，被SCI引用2000多次，单篇最高引用360次。担任Journal of Biological Chemistry编委，Cell Research副主编，Archives of Biochemistry and Biophysics编委，Biochemical Journal顾问编委，以及Proceedings of National Academy of Sciences(PNAS)、Cancer Research、Biochimica et biophysica acta、FASEB Journal等学术刊物的审稿人，亚太干细胞网络执委，广州干细胞与再生医学技术联盟理事长。

Generation of integration-free neural progenitor cells from cells in human urine

Lihui Wang,  Linli Wang,  Wenhao Huang,  Huanxing Su,  Yanting Xue,  Zhenghui Su,  Baojian Liao,  Haitao Wang,  Xichen Bao,  Dajiang Qin,  Jufang He,  Wutian Wu,  Kwok Fai So,  Guangjin Pan  & Duanqing Pei

Human neural stem cells hold great promise for research and therapy in neural disease. We describe the generation of integration-free and expandable human neural progenitor cells (NPCs). We combined an episomal system to deliver reprogramming factors with a chemically defined culture medium to reprogram epithelial-like cells from human urine into NPCs (hUiNPCs). These transgene-free hUiNPCs can self-renew and can differentiate into multiple functional neuronal subtypes and glial cells in vitro. Although functional in vivo analysis is still needed, we report that the cells survive and differentiate upon transplant into newborn rat brain.

文献链接：http://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.2283.html