胚胎干细胞向胰岛细胞诱导分化的研究

胚胎干细胞(embryonic stem cell，ESC)因具有全能分化潜能而有望成为组织工程和细胞治疗中的重要种子细胞来源。如能将其诱导分化为能分泌胰岛素的细胞，将有助于解决胰岛素绝对或相对缺乏引起的糖尿病代谢失调状态。目前已有研究诱导分化出能分泌胰岛素的细胞，有的将之应用于糖尿病鼠模型并取得了可喜的效果。本对这一领域的研究现状进行综述。     

胚胎干细胞向胰岛细胞诱导分化的研究

胚胎干细胞(embryonicstemcell熏ESC)因具有全能分化潜能而有望成为组织工程和细胞治疗中的重要种子细胞来源。如能将其诱导分化为能分泌胰岛素的细胞,将有助于解决胰岛素绝对或相对缺乏引起的糖尿病代谢失调状态。目前已有研究者诱导分化出能分泌胰岛素的细胞,有的将之应用于糖尿病鼠模型并取得了可喜的效果。本文对这一领域的研究现状进行综述。     

体外诱导胰腺干细胞向胰岛样细胞团的分化***☆

背景：目前由于胰岛来源匮乏,使得胰岛细胞移植治疗糖尿病无法满足临床需求,故体外将胰腺干细胞诱导分化为胰岛成为研究焦点。 目的：于体外将小鼠胰腺干细胞诱导成胰岛样细胞团并对其进行相关检测,探寻一种胰腺干细胞体外诱导分化成胰岛及鉴定的技术和方法。 方法：体外获得纯化的小鼠胰腺干细胞,采用联合诱导剂对其进行成胰岛方向的诱导分化,并对诱导形成的胰岛样细胞团进行形态学观察、双硫腙染色、RT-PCR和Western blot检测。 结果与结论：实验通过细胞形态学和细胞生长特性的观察以及免疫细胞化学染色证实体外成功获得了小鼠胰腺干细胞,采用联合诱导剂将其诱导成胰岛样结构,呈球形,以较细长的蒂部与瓶底连接,双硫腙染色将其染成铁红色。RT-PCR和Western blot 法可分别检测到胰岛样细胞团的胰岛素mRNA和胰岛素蛋白。结果证实小鼠胰腺干细胞可体外诱导分化成含β细胞的胰岛样细胞团。 关键词：胰腺干细胞;诱导;胰岛样细胞团;干细胞培养;小鼠 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.10.020     

胎鼠胰腺干细胞与胰岛联合移植保护胰岛

背景：胰腺干细胞可在体外维持胰岛的结构,减少胰岛细胞坏死及凋亡,延长胰岛的体外存活时间,保护胰岛的活性。 目的：探索胎鼠胰腺干细胞与胰岛共移植体内保护移植胰岛,提高胰岛移植疗效的可行性。 方法：将成年大鼠35只随机等分为联合移植组、单独胰岛移植组、单纯胰腺干细胞移植组、模型组及对照组,前4组均腹腔注射链脲佐菌素-柠檬酸盐缓冲液建立糖尿病模型。联合移植组、单独胰岛移植组、单纯胰腺干细胞大鼠分别在左侧肾包膜下移植分离纯化孕16 d SD大鼠胎鼠胰腺干细胞和/或成年SD大鼠胰岛。 结果与结论：联合移植组大鼠移植后5 d内血糖可降至正常,血浆胰岛素达到正常水平,胰岛存活时间(18.2±2.4) d;单独移植组大鼠血糖可于移植后1周内降至正常,胰岛存活时间(14.4±2.1) d;两组胰岛存活时间比较差异有显著性意义(P < 0.05)。而其他组糖尿病大鼠血糖均未能降至正常范围。说明胎鼠胰腺干细胞与胰岛共移植可延长胰岛体内存活时间,保护胰岛功能,提高移植疗效。中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程全文链接：     

胚胎干细胞向视网膜样结构分化的体内和体外研究

目的：研究鼠胚胎干细胞在裸鼠眼内发育分化成视网膜样细胞的体生长的特性。方法：将体外培养的未分化胚胎干细胞移植到Balb/c裸鼠眼球内,第14d处死动物,摘出眼球、在解剖显微镜下由眼球矢状面部开眼球,一半制冰冻切片,HE染色,镜下见玻璃体腔中ES细胞已发育,分化成视网膜样结构后;从另一半眼球相应位置取这部分已开始向视网膜样结构份化的细胞进行培养,并做形态学观察和免疫组织化学鉴定。结果：从裸鼠眼球头冻切片和HE染色观察定位后取出的已分经成视网膜样结构的细胞,在体外生长旺盛,呈梭形,星形,具有两个或多个突起。这些细胞聚积成排列整齐而规则的条带状,一侧伸出一些起。类似视网膜的外颗粒层排列。免疫组织化学染色显示,这些细胞呈NSE强阳性反应。结论：在裸鼠眼球内已分布视网膜样结构的细胞经体外培养,仍保持神经元和视网膜样细胞的生长特性。     

人脐静脉间充质干细胞向胰岛β样细胞诱导分化的实验研究

目的:探讨人脐静脉内皮及内皮下间充质干细胞向胰岛β样细胞分化的可行性。方法:采用胶原酶消化分离人脐静脉内皮及内皮下细胞进行贴壁培养;传代培养后,用高浓度葡萄糖(25mmol/l)培养液DMEM(含10?S)以及bFGF(basic Fibroblast Growth Factor)和尼克酰胺诱导脐静脉间充质干细胞向胰岛β样细胞分化。倒置显微镜下观察间充质干细胞诱导后形态变化,观察是否形成细胞团;用胰岛β细胞特异双硫腙染色鉴定诱导后细胞内是否含有高浓度游离锌离子;免疫细胞化学(Envision法)鉴定诱导后细胞是否分泌胰岛素。结果:第2代脐静脉间充质干细胞经过高糖诱导大约10天后,形成细胞团;呈双硫腙染色阳性;免疫细胞化学表明诱导后细胞内的细胞胰岛素染色阳性。结论:人脐静脉内皮及内皮下分离出的间充质干细胞在体外可以定向诱导分化为胰岛β样细胞,这种胰岛β样细胞具有胰岛素的分泌功能。     

人羊膜定向诱导胚胎干细胞分化为表皮样细胞机理的初步探讨

目的:初步探讨人羊膜诱导小鼠胚胎干细胞向表皮样细胞定向分化的机理。方法: 小鼠胚胎干细胞与人羊膜在双层6孔培养板中共培养4-5 d,对照组未加羊膜,观察其形态学分化。分别用β₁整合素、角蛋白19/15和套膜蛋白免疫组化检测胚胎干细胞向表皮样细胞的分化。结果: 共培养4-5 d后,小鼠胚胎干细胞分化为表皮细胞样的单层细胞,细胞排列紧密,呈多边形,免疫组织化学染色显示,大部分细胞呈现β₁整合素阳性,少数细胞呈角蛋白19和角蛋白15阳性,未见套膜蛋白阳性细胞,对照组大部分细胞死亡,存活细胞形态各异,未见β₁整合素、角蛋白19/15和套膜蛋白免疫组化染色阳性细胞。结论: 人羊膜分泌的可溶性物质可能对小鼠胚胎干细胞向表皮样细胞分化起重要作用。     

骨髓间充质干细胞体外诱导分化为胰岛样细胞的降血糖作用

背景：移植胰岛及胰岛细胞治疗糖尿病已初见成效,但由于胰岛来源匮乏和免疫排斥反应而研究受阻。 目的：移植将大鼠骨髓间充质干细胞在体外诱导分化为胰岛样细胞,观察其对糖尿病大鼠的治疗作用。 方法：将大鼠骨髓间充质干细胞用碱性成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子等诱导,免疫细胞染色等检测诱导情况。SD大鼠腹腔注射链脲佐菌素建立糖尿病模型,建模成功后,随机分为对照组移植诱导胰岛样细胞的实验组,实验组经肾包囊移植诱导后的胰岛样细胞,对照组移植相同体积生理盐水,观察移植后糖尿病大鼠血糖和体质量变化。 结果与结论：大鼠骨髓间充质干细胞体外经肝细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等因子诱导后可以向胰岛样细胞转化。细胞移植后,对照组大鼠血糖无明显变化(P > 0.05),实验组大鼠血糖与对照组和移植前相比较,明显降低(P < 0.05)。大鼠骨髓间充质干细胞经含肝细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等的诱导体系可诱导成胰岛样细胞,经诱导的细胞有一定胰岛素分泌能力,将诱导后细胞通过肾包囊途径移植入糖尿病大鼠体内,可降低大鼠血糖水平。     

昆明小鼠胰腺导管上皮样细胞向胰岛样细胞的诱导分化

目的研究正常昆明小鼠胰腺导管上皮样细胞向胰岛样细胞分化的诱导条件。方法取正常成年昆明小鼠胰腺导管上皮进行原代培养,利用细胞贴壁时间的差异在培养24、48、72 h连续换液除去腺体细胞,在含2%胎牛血清的培养条件下除去成纤维细胞,使可以在无血清培养基中生长的胰腺导管上皮样细胞形成优势生长。在此条件下培养并传代。取第三代细胞以无血清诱导培养基促使其分化。取诱导后3、5、7、14 d的细胞进行免疫细胞化学染色鉴定。ELISA检测诱导生成的胰岛样细胞在高糖刺激下分泌胰岛素的功能。结果经过无血清诱导培养基诱导7 d后,胰腺导管上皮样细胞开始向胰岛素分泌细胞分化,胰岛素抗体染色阳性。14 d胰岛素抗体染色阳性细胞明显增多。该细胞在高糖刺激下可以分泌胰岛素。结论昆明小鼠胰腺导管上皮样细胞经过无血清培养基诱导可以向胰岛样细胞方向分化。并且该胰岛样细胞在高糖刺激下具有分泌胰岛素的功能。     

胰岛细胞移植治疗糖尿病

胰岛细胞移植是治疗糖尿病的一个有效方法,但供胰的极度缺乏阻碍了这个方法的应用。因此很多科学家在探索胰岛β细胞的其它来源途径。目前出现的热点途径有成体干细胞和胚胎干细胞,基因工程改造的β细胞,异种胰岛细胞等。尽管这些方法都还需进一步完善,但无疑给 1型和 2型糖尿病的治愈带来了希望。     

含人AGM区基质细胞培养体系定向诱导胚胎干细胞为造血干细胞的实验研究

目的： 体外模拟胚胎早期AGM区造血微环境，诱导胚胎干细胞（ESCs）分化为造血干细胞（HSCs）。方法：将小鼠E14 ESCs在含BMP-4及VEGF的半固体培养基中诱导为拟胚体（EB），分别于3、6、9、12、15 d时收获EB，流式细胞术检测Flk-1+细胞含量。取Flk-1+ 细胞处于高峰期的EB细胞，在人AGM区基质细胞饲养层上进一步诱导分化，并设无饲养层对照，分别于3、6、9、12 d时收获细胞计数、流式细胞术检测Sca-1+c-kit+ 细胞含量，并分析造血细胞集落形成能力。结果：诱导E14细胞形成EB过程中添加BMP4+VEGF的因子组Flk-1+细胞在第9 d达峰值（27.53%± 2.84％），与未添加因子组（8.77%± 1.12％）比较差异显著(P<0.05)。将培养9 d的EB细胞在hAGMS3、hAGMS4饲养层上进一步诱导分化，第6 d时Sca-1+c-kit+细胞达峰值，分别为7.31%±1.21％、7.62%±1.52％，其绝对数分别扩增(2.57±0.48)倍、(2.35±0.36)倍，与无饲养层组比较显著差异（P<0.05）。该分化阶段的Sca-1+c-kit+细胞具有形成各系造血细胞集落的能力。结论：人胚早期AGM区基质细胞能促进小鼠ESCs定向分化为HSCs，为研究ESCs分化为HSCs的分子机制提供了实验模型。     

体外分化胚胎干细胞为造血干细胞重建造血功能的研究

目的：探讨体外定向分化胚胎干细胞（ESCs）为造血干细胞（HSCs）对体内造血功能的重建作用。方法：将小鼠E14.1胚胎干细胞采用“三步诱导法”在体外分化发育为HSCs，造血克隆形成(CFU)实验观察其体外造血集落形成情况，免疫磁珠分选纯化HSCs移植给经亚致死剂量γ射线照射的雌性SCID小鼠，观察其植入及小鼠造血功能恢复情况。结果: 经过分阶段诱导，多种造血刺激因子联合应用能有效促进ESCs定向分化发育为HSCs,流式细胞仪检测HSCs特异性表面标志物CD34+/Sca-1+表达最高为（58.64±4.20）%，CFU培养能形成较多的红系、粒系/巨噬细胞系及混合细胞集落, Wright-Giemsa 染色显示为原始的造血细胞。此阶段的HSCs经分选纯化后移植给经γ射线照射后的小鼠，移植组小鼠+10 d造血功能开始恢复，观察40 d后除血小板恢复较慢外，白细胞、红细胞、血红蛋白等指标已接近正常，植入率为71.4%，存活率为43.0%，染色体检测证实已由受体鼠的XX转为供体鼠的XY。结论: 采用分阶段诱导的方法，可在体外定向诱导小鼠ESCs分化发育为HSCs，此来源的HSCs可以有效重建体内造血功能。     

丁酸钠、激活素A和地塞米松诱导小鼠胚胎干细胞分化为胰腺外分泌细胞

目的： 探讨丁酸钠、激活素A （activin A）和地塞米松诱导小鼠胚胎干细胞（ES细胞）分化为胰腺外分泌细胞的可行性,并对诱导作用进行比较。方法： 小鼠 ES细胞悬浮培养为拟胚体后,以不同浓度的丁酸钠（1 mmol/L,2 mmol/L,3 mmol/L）诱导分化,通过RT-PCR检测不同时点胰腺特异性外分泌基因的表达水平,确定丁酸钠诱导ES细胞向胰腺外分泌细胞分化的最佳浓度和作用时间。进一步单独或联合应用丁酸钠、activin A、地塞米松诱导ES细胞分化,并通过细胞形态学变化、RT-PCR和免疫荧光检测观察不同诱导方案对胰腺外分泌基因和蛋白表达的影响,确定最佳诱导方案。结果：1 mmol/L丁酸钠能明显促进胰腺外分泌基因amylase、chymotrypsinogen、elastase1、elastase2和carboxypeptidase的表达,随着丁酸钠浓度的增加,丁酸钠的诱导作用逐渐减弱;1 mmol/L丁酸钠诱导第3 d后可检测到amylase、chymotrypsinogen、elastase1、elastase2和carboxypeptidase的表达,在第5 d外分泌基因mRNA表达水平达到高峰,随后逐渐下降。与自发对照组相比,单独应用丁酸钠、activin A、地塞米松诱导ES细胞分化,均能提高amylase、chymotrypsinogen、elastase1、elastase2和carboxypeptidase的表达水平。但联合应用丁酸钠、activin A、地塞米松诱导后,ES细胞形态更为均一,上述胰腺外分泌基因的表达进一步增强;免疫荧光结果显示amylase表达为阳性。结论： 低浓度的丁酸钠、activin A以及地塞米松均可以诱导小鼠ES细胞胰腺外分泌基因的表达,多种诱导因子的联合作用能明显提高胰腺外分泌细胞的诱导效率。     

胚胎干细胞源性肝干细胞在治疗性肝再生中的应用

目的： 应用治疗性肝再生模型进行胚胎干细胞(ESC)源性肝干细胞肝内移植, 观察其在肝组织替代、体内的生长分化及成瘤性等情况，为ESC移植在难治性肝病治疗中的临床应用提供实验依据。方法： 倒千里光碱+70%肝部分切除建立BALB/c小鼠的治疗性肝再生模型。用荧光示踪剂CFDA SE 标记移植细胞，将经淤胆血清“病理微环境”筛选体系筛选出的ESC源性肝干细胞经门静脉移植入治疗性肝再生模型小鼠肝内。然后荧光显微镜下观察，检测移植细胞体内分布、整合与肝细胞替代、体内生长分化等情况。2周后行白蛋白荧光免疫组化(双荧光染色)、血清白蛋白水平检测其功能状况。并通过观察其体内成瘤性对筛选出的ESC源性肝干细胞的安全性进行评估。结果： CFDA SE标记的ESC源性肝干细胞肝内移植1周，受体小鼠肝实质内可见散在绿色荧光分布。2周后，肝实质内绿色荧光分布区域明显扩大，且可见类似肝索样结构排列。共焦白蛋白荧光免疫组化(双荧光染色)结果表明，受体小鼠肝组织内可见标记细胞表达白蛋白阳性信号（呈黄色荧光），血清白蛋白水平则无明显差异（P>0.05）。6周内未见畸胎瘤形成，而将未分化的ESC移植入小鼠腋区皮下6周后则可见畸胎瘤形成。结论： 经淤胆血清“病理微环境”筛选体系筛选出的ESC源性肝干细胞移植入治疗性肝再生模型小鼠肝内后可有效整合入宿主肝板、在肝内能进一步生长分化并部分表达肝细胞功能。其安全性较好，6周内未见畸胎瘤形成。     

骨髓间质干细胞诱导为肌样细胞分化相关基因的表达

目的：研究骨髓间质干细胞向肌样细胞分化前后骨骼肌特异性基因的表达。方法:体外分离成年SD大鼠骨髓干细胞，培养增殖，用5-氮杂胞苷诱导分化，RT-PCR检测分化前和分化后1 d、2 d、5 d和7 d骨骼肌特异性转录因子生肌决定因子MyoD、肌细胞生成素myogenin、MRF4以及肌肉特异性肌酸磷酸激酶MCK的表达 。结果:MyoD在诱导前后均有表达，在诱导后1 d表达显著上调（P＜0.05）；myogenin、MRF4和MCK在诱导前无表达，诱导后2 d开始出现myogenin和MRF4的表达，诱导后7 d开始出现MCK的表达。结论：骨髓间质干细胞能表达一定水平的骨骼肌细胞的分化调控基因MyoD，它向肌样细胞的分化可能与MyoD、myogenin和MRF4有关。     

丁酸钠体外诱导小鼠胚胎干细胞分化为肝细胞

目的:探讨分化刺激剂丁酸钠对体外培养的小鼠胚胎干细胞（ES细胞）分化为肝细胞的影响，并分析其可能机制。 方法:常规培养E14 ES细胞后，继续悬浮培养4 d以形成拟胚体，然后转移拟胚体到铺有明胶的6孔板中并添加3 mmol/L丁酸钠开始诱导分化，分化过程中用倒置相差显微镜观察细胞形态学的改变；免疫荧光染色观察肝细胞特异性标志白蛋白(ALB)、甲胎蛋白(AFP)、细胞角蛋白18（CK18）的表达；RT-PCR检测肝细胞特异性标志基因ALB、AFP、甲状腺素运载蛋白(TTR)、α1抗胰蛋白酶(AAT)的mRNA表达；流式细胞技术检测ALB阳性细胞比例；糖原PAS染色和吲哚氰绿（ICG）摄取试验检测肝细胞功能。 结果:诱导分化过程中ES细胞逐渐出现肝细胞样改变；诱导分化第7d仅检测到AFP和TTR在mRNA水平的表达，第14 d检测到ALB、AAT在mRNA水平的表达；分化14 d时免疫荧光检测显示ALB、AFP、CK18均为阳性；流式细胞技术检测ALB阳性细胞比例约为48.6%；糖原PAS染色和ICG摄取试验显示分化18d的肝细胞样细胞具有肝细胞功能。 结论:丁酸钠可以高效诱导小鼠ES细胞分化为肝细胞样细胞，并且分化细胞具有肝细胞功能。     

Conophylline与尼克酰胺联合诱导脂肪源干细胞为功能性类胰岛细胞

背景：1型糖尿病的胰岛移植治疗一直面临供体来源不足与免疫排斥两大关键问题,寻找一种自体来源的种子细胞通过组织工程方法制备类胰岛组织可以提供充足新型供体、降低异基因供体移植的不良反应。 目的：分析成人脂肪干细胞体外分化为对葡萄糖敏感、可分泌胰岛素的功能性胰岛样细胞团的能力,探索体外制备类胰岛组织的技术路线。 方法：首先分离纯化人体脂肪干细胞,采用新型植物诱导剂Conophylline与其他诱导因子的不同组合将脂肪干细胞诱导分化为胰岛样细胞团,观察不同组合的诱导分化效率,并利用特异性染色、RT-PCR,免疫细胞化学等方法对诱导分化后的细胞团在基因水平与蛋白水平上进行鉴定,最后用ELISA法检测细胞团在不同浓度葡萄糖刺激下胰岛素的分泌情况。 结果与结论：脂肪干细胞具有多能干细胞特性,可诱导分化为具有胰岛素分泌和葡萄糖浓度反应性类胰岛细胞团;Conophylline与尼克酰胺联合诱导可大幅度提高诱导分化效率。     

胎鼠胰腺干细胞原位移植治疗糖尿病的实验研究

目的：原位移植胎鼠胰腺干细胞，探讨其在糖尿病鼠胰腺微环境中转分化为胰岛样细胞团的可行性。方法：分离纯化SD大鼠胎鼠胰腺干细胞；荧光原位杂交（fluorescent in situ hybridization, FISH）检测SRY上的性别决定区（sex determining region on Y, SRY）以鉴别雄雌；免疫细胞化学检测巢蛋白（Nestin）、胰十二指肠同源异型盒基因（PDX-1）的表达及流式细胞术测定Nestin细胞含量以鉴定胰腺干细胞；分胰腺实质内移植组、实验对照组及空白对照组，10只/组；监测各组大鼠血糖及血浆胰岛素含量，8周后取大鼠胰腺组织切片观察，FISH检测SRY，逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）观察各组大鼠胰腺内Nestin、PDX-1及胰岛素等mRNA的表达情况，免疫印迹（Western blotting）检测PDX-1及胰岛素的蛋白表达水平。结果：有5只胎鼠经FISH检测为雄性。免疫组化示存在Nestin 和PDX-1阳性细胞，流式细胞术测定Nestin阳性细胞含量占74.1%。胰腺实质内移植组大鼠于移植后第3周血糖开始下降，血浆胰岛素水平逐渐升高；第5周血糖及血浆胰岛素均达到正常水平并维持。取第8周大鼠胰腺组织切片HE染色可见外源性细胞团，FISH检测SRY阳性。RT-PCR示胰腺实质内移植组胰腺组织内胰岛素的mRNA表达明显高于实验对照组（P<0.05），而Nestin及PDX-1的mRNA表达量高于实验对照组及正常组（P<0.05）。Western blotting示干细胞移植组胰腺组织内胰岛素含量接近正常大鼠（P>0.05），而PDX-1的含量高于正常大鼠(P<0.05)。结论：胎鼠胰腺干细胞原位移植后可在体内转分化为胰岛样细胞团且具有良好的功能，移植后可使血糖降至正常，胰腺干细胞原位移植可能为1型糖尿病的治疗提供了一个新的策略。