人胚胎干细胞和原始生殖细胞向肌细胞的分化

摘要

人胚胎干细胞（human embryonic stem cells, hES 细胞）和人原始生殖细胞（primordial germ cell， PGC）是两类能向多种细胞类型分化的全（多）能性干细胞，如何将这两类细胞诱导分化成骨骼肌细胞，为治疗肌肉退行性疾病，如杜氏肌营养不良症（Duchenn’s Muscular Dystrophy，DMD），提供足够数量的细胞来源，一直是干细胞分化研究领域的热点。本研究针对这一问题进行了研究，成功地将hES细胞及PGC来源的前体细胞在体外诱导成了骨骼肌细胞；将这些前体细胞移植入小鼠肌肉后，能进一步整合分化为骨骼肌细胞和肌肉组织干细胞－卫星细胞。 本研究发现：不同诱导因子对促进这两类细胞向骨骼肌细胞分化的作用存在一定的差异,这些因子能改变肌肉调节因子（muscle regulatory factors,MRFs）的表达而诱导这些前体细胞向肌细胞分化。免疫组化结果显示：5－azacytidine能暂时增加MRFs的表达，处理后2周的hES细胞来源的前体细胞的MyoD的表达率达到15％左右，但5－azacytidne并不能有效地促进其在体外形成肌管，也不能促使这些细胞表成熟的骨骼肌细胞标志，如desmin、MHC和dystrophin等基因。而在用galectin-1处理2周后，约1％左右的hES细胞来源的以及约10％左右的PGC来源的前体细胞能相互融合形成多核肌管，并表达骨骼肌细胞的相关标志desmin和MHC，PGC来源的细胞同时表达dystrophin基因。 由于外源性细胞只有在合适的环境中才能高效地整合参入受损的小鼠肌肉组织中，因而在进行细胞移植前，我们使用心肌毒素（cardiotoxin）和X-射线局部照射的联合方案对小鼠胫骨前肌进行了处理，病理检查的结果证实：心肌毒素能在注射部位对肌肉的造成严重的破坏，大部分骨骼肌细胞变性坏死；而X-射线局部照射能明显地抑制肌细胞损伤后内源性细胞的增生，为外源性细胞的整合参入创造了良好的诱导环境。将hES细胞来源的及PGC来源的前体细胞植入NOD-SCID小鼠胫骨前肌后，约10％－20％的细胞能整合分化成骨骼肌细胞，并表达人特异性的dystrophin基因，部分细胞还能分化成为卫星细胞，并表达卫星细胞的相关标志pax7等。将这些细胞移植入免疫缺陷的杜氏肌营养不良症的动物模型－scid/mdx小鼠肌肉后，也能整合分化成骨骼肌细胞并表达dytrophin基因。这些结果表明，这两种干细胞都能在合适的条件下，被诱导分化为骨骼肌细胞和卫星细胞。他们都有潜力成为治疗杜氏肌营养不良症的细胞来源，该诱导分化系统也为深入研究骨骼肌细胞发生的分子机制提供体外模型。