《Cell Stem Cell:一种关键的转录因子或能促进干细胞分化形成心血管系统和肌肉骨骼系统》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-08-19
  • 在很多研究中,研究人员都想发现一种单一的转录因子来诱导中胚层的形成,中胚层是胚胎发育的早期阶段,如果没有来自其它细胞蛋白的帮助,研究人员或许就无法诱导中胚层的形成。近日,一项刊登在国际杂志Cell Stem Cell上的研究报告中,来自日本筑波大学的科学家们发表了一篇题为“Tbx6 Induces Nascent Mesoderm from Pluripotent Stem Cells and Temporally Controls Cardiac versus Somite Lineage Diversification”的研究报告,文章中,他们对50多种转录因子进行了筛选,最终发现名为Tbx6的转录因子或能在人工培养的干细胞中单独刺激中胚胎的形成,同时其还能促进干细胞转变成为心血管细胞或肌肉骨骼细胞。

    多能干细胞(pluripotent stem cells)能为研究人员阐明细胞分化的机制提供一种新的视角,而细胞分化时人类和其它动物机体组织发育和维护的关键过程,其对于再生医学的框架形成至关重要,尽管近些年来科学家们在理解并指导干细胞分化领域的研究上取得了一定的成绩,但诱导中胚层形成及随后特异性分化为组织特异性的细胞类型其中涉及的总体分子机制,目前研究人员并不清楚,因为这一过程是动态变化的,此前研究人员进行的研究规模较小,而且并没有提供一些决定性的数据。

    研究者Masaki Ieda表示,我们都知道,在肌肉骨骼组织形成过程中Tbx6因子处于活性状态,Tbx6突变的小鼠能以肌肉骨骼组织为代价来生产异位神经管组织,但我们并不清楚在早期/新生中胚层和中胚层衍生物(包括心血管系统等)中Tbx6的表达和功能;随后研究人员通过研究很惊讶地发现,Tbx6在由诱导多能干细胞衍生的中胚层的形成过程中扮演着非常广泛的角色。

    这项研究中,研究者发现,短暂产生的Tbx6能够促进产生心血管细胞的中胚层的形成,而且Tbx6的持续性表达会抑制形成心血管的中胚层,反而会促进产生肌肉骨骼细胞的中胚层组织的形成。研究者Ieda解释道,我们的研究揭示了早期Tbx6表达和心血管谱系分化之间的关联,而且本文研究结果或能改变当前科学家们对于机体发育过程中谱系分化的观点和看法;更重要的是,Tbx6在中胚层和心血管系统分化过程中的功能在低等动物和哺乳动物机体中是保守的,因此本文研究结果对于再生医学领域的相关研究具有非常广泛的应用意义。

    除了发现Tbx6的广泛角色外,研究人员还表示,利用一种直接的基于重编程的方法或能筛选出调节细胞分化的重要转录因子;Tbx6对于中胚层的形成和随后的干细胞分化具有明显的效应,本文研究结果或能增强科学家们理解Tbx6在中胚层形成过程中所扮演的关键角色,同时也能帮助研究者开发新方法来改善当前再生医学领域的研究,从而开发出治疗多种人类疾病的新型干细胞疗法。

  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590918303370?via%3Dihub
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    • 2019年8月19日讯/生物谷BIOON/---作为由严重心血管疾病引起的医疗紧急事故,心肌梗塞(MI)对心脏造成永久性的危及生命的损伤。在一项新的研究中,来自中国香港城市大学和韩国天主教大学等研究机构的研究人员开发出一种双管齐下的方法:利用两种类型的干细胞同时再生心肌细胞和心脏血管系统。这一发现为开发出一种修复发生心肌梗塞的心脏(下称MI心脏)的疗法提供了希望,而且一旦开发成功,这种疗法有望作为对重症患者进行现有的复杂且危险的心脏移植的替代方案。相关研究结果近期发表在Nature Communications期刊上,论文标题为“Dual stem cell therapy synergistically improves cardiac function and vascular regeneration following myocardial infarction”。 图片来自Nature Communications, 2019, doi:10.1038/s41467-019-11091-2。 心肌梗塞是一种由心肌的冠状动脉供血不足引起的致命疾病。它导致心肌细胞(CM)的永久性损失和瘢痕组织形成,从而引起心脏功能的不可逆破坏,甚至心力衰竭。针对严重心肌梗死和晚期心力衰竭的治疗选择是有限的,心脏移植是最后的选择。但是,它风险很大,成本高,并且受限于合适的供者。因此,基于干细胞的疗法已成为一种有前途的治疗选择。 香港城市大学生物医学科学系干细胞生物学家Ban Kiwon博士一直致力于开发新型的基于干细胞的心脏再生疗法。他解释道,“心脏是一种由心肌和血管组成的器官,在那里,血管是向心肌供应氧气和能量所必不可少的。鉴于心肌梗塞发生后,心肌和心脏血管系统都会受到严重损伤,因此治疗策略应当侧重于同时对这两者进行综合修复。但是,在此之前,这些策略仅专注于修复其中的一种。 基于此,Ban博士及其合作者开发了一种双管齐下的方法。它旨在通过利用两种主要的干细胞类型---人骨髓间充质干细胞(hMSC)和源自人诱导性多能干细胞的心肌细胞(hipsC-CM),同时让心肌和心脏血管系统再生。 在这项新的研究中,之所以使用hMSC是因为它们具有突出的旁分泌活性,可分泌良好的蛋白来促进血管再生和内皮细胞存活;之所以使用hipsC-CM是因为它们与人原代心肌细胞在心脏特异性基因、结构蛋白和离子通道的表达方面,更重要的是在自发性收缩方面,具有相似性。 首次研究两种不同的干细胞对心脏修复的影响 虽然之前的多项研究分别描述了hiPSC-CM或hMSC对心肌梗塞的有益作用,但是这是同时探究这两种不同干细胞在心脏修复中的作用的第一项研究。这些研究人员采用了一种双管齐下的方法:hMSC和hiPSC-CM通过两种不同的途径加以递送。将hipsC-CM直接心肌内注射到大鼠心脏的边缘区域,而将装载hMSC的补片植入在梗塞区域的顶部上,就像绷带那样。 这些结果显示,这种双管齐下的方法导致MI心脏中的心脏功能的显著改善和血管形成的增强。植入的装载hMSC的补片不仅提供了如预期的那样增强血管再生的微环境,而且还改善了hipsC-CM的停留,最终增强了心脏功能并恢复了受损的心肌。 此外,组织学分析结果表明,装载hMSC的补片的植入促进了注射的hiPSC-CM的功能成熟。它们在细胞变得更加细长和具有矩形的形状,组装起来似乎更有条理,这是成熟的成体心肌细胞的典型形态特征。心肌内注射的hipsC-CM的功能成熟尤为重要。这是因为它可以降低心律失常的潜在风险,其中心律失常意味着心脏不规则收缩,这是心脏性猝死的一个主要原因。 心脏再生及其他方面的应用潜力 Ban博士说,“我们相信这种新型的双管齐下的方法能够潜在地为心脏再生领域提供转化益处和临床益处。基于相同的原理,这种治疗方案也可能适用于修复其他器官,包括大脑、肝脏和胰腺,在那里,多种类型的干细胞是共存的。”这些研究人员如今正在大型动物模型(比如猪)中开展后续研究。(生物谷 Bioon.com) 参考资料: 1.Soon-Jung Park et al. Dual stem cell therapy synergistically improves cardiac function and vascular regeneration following myocardial infarction. Nature Communications, 2019, doi:10.1038/s41467-019-11091-2. 2.Novel dual stem cell therapy improving cardiac regeneration https://medicalxpress.com/news/2019-08-dual-stem-cell-therapy-cardiac.html
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    • 编译者:李永洁2
    • 发布时间:2016-12-14
    • 人们日益认识到,还原应激代表对生物系统有害的氧化还原状态的干扰。在细胞水平上,增加的还原当量的存在和缺乏活性氧的有益通量可以防止生长因子介导的信号传导,促进线粒体功能障碍,增加细胞凋亡和降低细胞存活。在这次审查,我们强调氧化还原平衡在维持心血管动态平衡的重要性,并考虑氧化和还原应激之间微弱的平衡。我们解释在蛋白质聚集诱导的心肌病,如那些由αB晶状体蛋白突变引起的模型中的还原应激的作用。此外,我们讨论NADPH氧化酶在心力衰竭和缺血再灌注模型中的作用,以说明氧化剂如何调解对损伤的适应性反应。 NADPH氧化酶4,一种过氧化氢发生器,也通过其调节血管紧张,血管生成反应和对动脉粥样化形成的影响,在促进血管内稳态中具有重要作用。相反,缺乏减少过氧化氢的抗氧化酶,例如谷胱甘肽过氧化物酶1,促进血管重塑并且对内皮功能有害。因此,我们认为氧化剂作为必要的信号促进适应性反应,如Nrf2和eNOS的激活和Hif1的稳定的作用。此外,我们讨论了缺氧中的适应性代谢重编程导致还原状态,以及随后的还原当量从NADH到其他代谢物的细胞再分布。最后,我们讨论过度还原当量刺激氧化应激和促进伤害的矛盾能力。