1、把人類胚胎干細胞轉變為細胞的化學物質yu-ping yang & chris wright摘要：小分子文庫篩選識別分子信號傳導中指導胰腺及其胰島素分泌細胞形成的模擬器，使體外能進行復雜分析，或者通過大規模人類干細胞分化治療糖尿病。糖尿病的分子替代物治療可能越來越接近現實。chen等人使用高容量高通量文庫篩選得出促進人胚胎干細胞(hescs)向某一類細胞有效轉變的小分子誘導物，這一轉變可能是從hescs分化成能產生胰島素的細胞的關鍵階段。他們的研究也突出分析體外分化將有助于了解調節人細胞、組織的分化與維系的分子遺傳機制的觀點。能形成胰腺（圖1a）的內胚層芽對來自前期胚胎的指導信號應答。原始腸呼吸

2、管變成由特定位置決定的的分區器官并分化出各器官所需的各種細胞類型及結構。我們對內胚層特化的了解很少，但已知胞內信號分子的聯合有高效的選擇性的組織誘導作用。除了成纖維細胞因子及刺猬蛋白等蛋白質，視黃酸這樣的小分子也有關鍵作用。在各種脊椎動物上的研究已引導我們了解胰腺和胰島的產生的遺傳調節機制。在有細胞治療的目標下進行體外胰腺重建或細胞生產是集中性研究。近期，baetge及其同事表明,由體外內胚層研究指導下的信號分子與化合物的復雜混合能把hescs轉化成類似胰島內分泌細胞的細胞。然而體外形成的完全分化的內分泌細胞是不完全且低效的：只有少量低葡萄糖敏感性的細胞。但是多能hescs有分化為成熟細胞的能

3、力。部分分化的hescs衍生的前胰腺細胞簇被注入小鼠后（在信號傳導未知的情況下）完美地分化，最終產生在小鼠的胰腺細胞被人為破壞的情況下也能控制血糖濃度的細胞。因此治療問題就是技術上的：如何在體外生產足夠的有效細胞來移植給糖尿病患者。chen等的結果更多地與第一步相關生產大量的能在體外或移植入小鼠后都能分化為所有胰腺細胞的多能細胞。蛋白激酶c（pkc）活化劑吲哚內酰胺（ilv）從5000種能大幅增加pdx1表達細胞數的化合物中被篩選出來。pdx1預測在胰腺及鄰近組織中表達，在成熟細胞內儲存，是分析后前腸內胚層發展的很好的切入點。小鼠和人體內pdx1的缺失會造成胰腺形成的失敗。chen等人發現il

4、v影響hescs分化而來的內胚層祖細胞向前腸或胰腺或其他器官分化的選擇點。將hescs有效轉化為定型內胚層，當最初定型內胚層中有5%的細胞能表達pdx1時，ilv引起pdx1表達型細胞增加5倍。ilv不是通過使最初的5%細胞增殖，而是活化定型內胚層細胞向pdx1表達型轉化。ilv與已知的胰腺形成效應分子fgf10協同地增加pdx1表達細胞數。ilv是怎么作用的？它可能刺激pkc，pkc激動劑與拮抗劑鞏固了這一猜想。有趣的是，pkc拮抗劑單獨誘導pdx1表達細胞數遠低于最初的5%，表明pkc信號即誘導又維持這一狀態。分化指導的影響及pkc-fgf關系是有先例的，如神經誘導及發育中的雞的肢芽。盡管

5、如此，我們還是不清楚pkc是怎樣誘導特定分子信號的。最初的定型內胚層中pdx1表達細胞的存在表明這個組織包含亞穩定細胞，游走于分化的邊緣而且隨機效應和細胞培養條件造成少數的滲濾區域特化或分化（可能與體外培養有關）。 ilv有明顯的增強效應，但其選擇性及有益度有待研究。仍然有一些懸而未決的問題，有的正在研究中，包括測定復合篩中其他物質的分子功能。該套標記物比如各分化階段的轉錄因子和細胞表面蛋白質的精確定義正在改善，但我們仍在追蹤最重要的階段的特異標簽。詳細地弄明白如此重要的中間物能幫助我們確定我們所做的是正確的體外細胞類型(圖1a)。化學抑制劑也可能用于指導分化防止進入非期望路徑(圖1b)。怎樣

6、找出在正常胰腺形成時分區的pkc刺激效應，以及發育中的組織間或組織內的信號流程將是有趣的追求。至于hesc衍生的治療，保持對細胞群的一致的回應以及純化相關中間群、控制增殖(圖1c)是很重要的。對于在體外或異常植入點生長的祖細胞的適時成熟，有誘導作用的化合物最適于來平衡群體生長的細胞的自我裝配。更奇怪的是，最近報道作為組織靶向藥物的化合物理論上可以用于刺激病人殘存的細胞的再生，或者引起不可思議的腺泡向細胞轉化。盡管現在已確定ilv的活動機制，將來，關于其他化學物質是否真的需要這樣的認識是可爭議的。同時在hesc接觸動物衍生產品的安全問題上化學誘導物可采取迂回戰術。此外，便宜的完全有效的化學物質更

7、容易應用和移除，使得大量完美的替代細胞的配方型培養成為可能。圖的說明： 圖一 體外化學物質誘導分化模擬正常器官生成（a） 來自小鼠胚胎的內胚層向胰腺及其細胞的發育，體外各種胞內信號（s1,s2等）引起的細胞分化。各階段有各種轉錄因子的組合(t1,t2等)，這也作為細胞分化步驟的自主調節，它們的產生被激活以響應各類信號。c1,c2等表示小分子誘導劑。相比單分子的化學物質的混合物的假定的協同作用，直接分化，避免中間階段（cmixx,cmixy,cmixz）。某些化學物質（cmixy）可能不指導形成完全的前細胞，而是一個缺乏一關鍵轉錄因子(t10)的近似細胞。這一可能性強調檢測的需要，小分子指導形成

8、有潛在缺陷的幾乎正常的細胞，可能不能再形成成熟細胞。信號，轉錄因子和化學誘導劑有時會出現在多個過渡步驟，這表明相關功能相連。此圖省略了信號轉導的中間體，如蛋白激酶。icm：內細胞團。（b） 通過限制性通道的定向分化。化學抑制劑（i1，i2等）在幾個選擇點引導細胞到選定的分化程序，以防止向其他途徑分化。（c） 小分子混合物（cmixz）指導前細胞復制產生大量細胞，可被其他化合物轉化成完全成熟的細胞（和上圖a中的最后一步相一致）參考文獻：1. chen, s. et al. nat. chem. biol. 5, 258265 (2009).2. oliver-krasinski, j.m. & stoffers, d.a. genes dev. 22,19982021 (2008).3. damour, k.a. et al. nat. biotechnol. 24, 13921401(2006).4. kroon, e. et al. nat. biotechnol. 26, 443452(2008).5. kuriyama, s. & m