[发明专利]一种诱导人成纤维细胞重编程成骨细胞的方法

说明书

技术领域

本发明属于细胞生物学与组织工程领域，本发明涉及一种利用小分子化合物诱导成纤维细胞重编程为成骨细胞的方法。 

背景技术

细胞重编程是目前生命科学中最为活跃和重要的研究领域之一，细胞重编程不仅在基础理论研究中，而且在应用研究中都有着重要的作用。谱系重编程(lineage reprogramming)作为诱导重编程的一项新策略是直接将成熟细胞转分化为其他类型的功能细胞或祖细胞，这项技术不仅在再生医学领域具有广阔的应用前景，而且在动物生物技术中也应用广泛。它不但避免了伦理争议，还提供了便利的重编程方法，同时也为基因表达调控的研究提供了重要的手段。 

普遍认为，要使已分化细胞从一种类型转变为另一种，往往需要回到一个未分化的阶段，即不论是通过核移植、细胞融合还是借助于一些特定因子的介导来实现重编程都会经历一个回到“起点”的过程。2008年，哈佛大学Douglas Melton教授领导的研究小组将一种已分化的成体细胞原位转变成另一类型的功能细胞，但并没有预先退回到多能干细胞状态。2010年1月27日，美国斯坦福大学医学院的Marius Wernig等宣布，他们在诱导细胞重编程实验中绕过诱导型多能干细胞(induced pluri-potent stem cells，iPS)这一步骤，首次在体外将小鼠胚胎和成体成纤维细胞直接转化为具有功能的神经元。 

2006年，Yamanaka课题组通过对多达24种的染色质重塑因子进行多能性诱导能力测试发现，由Oct-3/4、Sox2、c-Myc和KLF4等四种因子引起的基因重排可获得在形态、增殖和畸胎瘤形成能力等方面与胚胎干细胞(embryonic stem cell ESCs)细胞相似的小鼠iPS。2007年，人iPS细胞诞生，该成果被视为重编程研究领域一个“里程碑”式的突破。值得注意的是，虽然iPS细胞产生于一个近乎完全扭转了的“发育”过程，且几乎所有的表观遗传学标记都已被抹去，但它却还必须在体外经诱导成为成熟的功能细胞(如神经元、成骨细胞和心肌细胞等)后才可应用于临床。正当大部分人都把目光聚集iPS细胞的时候，另外一种可使成熟细胞退回到祖细胞状态甚至直接转变细胞类型的策略开始引起了人们的注意。早在1973年，Eguchi和Okada就提出了转分化(transdifferentiation)的概念，其是指一种分化完全的细胞丢失其原有表型而转变为其他类型细胞的现象。2002年，Brockes和Kumar发现在成年蝾螈四肢再生过程中，皮肤、肌肉和软骨细胞均先去分化成为祖细胞，再分化形成新的四肢。经过此 种转变，许多表观遗传标记得以保存，且获得的祖细胞或成熟细胞可直接用于临床2007年3月，Science杂志的一项研究成果揭示，一个早为人知的神经元调节蛋白p75NTR可能在肝脏修复过程中起重要作用，其有希望成为控制肝脏疾病药物的一个有效靶标。2008年8月，波士顿Dana-Farber癌症研究所的科研人员发现，小鼠棕色脂肪前体细胞中的转录调节因子PRDM16基因缺失会造成棕色脂肪的特质消失并促进其向肌细胞分化。这一发现让人们有望将多余的白色脂肪转化为棕色脂肪，增大抗击肥胖症的可能性，更为重要的是，脂肪细胞很有希望成为谱系重编程的下一个突破口。 

2009年3月，美国科学家在cell杂志上发表文章称首次成功从iPS细胞中移除了外源基因，而原细胞仍具备干细胞特性，此项改进将避免外源基因可能引起的癌变等潜在危险，提高外源因子诱导重编程的安全等级。干细胞在体内外的生物学特性差异显著，因此建立有效的动物模型和方法体系，追踪发育和修复过程中特定类型细胞在分子水平上的变化，是鉴别关键基因，找寻重编程作用靶点，认识表观遗传学机制的重要环节。将病人自身的体细胞直接转化成多种功能细胞以用于临床治疗是再生医学的梦想。在过去的两年间，全世界对于该领域的研究热情空前高涨，人们尝试了多种策略去启动重编程事件以获得新的细胞类型。作为诱导重编程的一项新策略，人们对谱系重编程的系统研究才刚刚起步，尽管前路充满了挑战，但我们仍乐观地看到了其成为未来再生医学重要组成部分的优势和希望。正如波士顿儿童医院的干细胞生物学家George Daley在评论Marius Wemig等人新取得的研究成果时所言，“这是一项激动人心的工作，并有可能成为继Yamanaka的突破之举之后一轮新的研究浪潮的开始”。