StemCellRes：胞外特殊的层粘连蛋白或能调节多能干细胞的造血潜能

2021年4月8日 讯 /生物谷BIOON/ --诱导多能干细胞（iPSCs）的神奇之处在于其能够大量增殖并分化为所有类型的细胞，以便最初少量的iPSCs能够用于制造大量的机体细胞；然而，一些细胞已经被证明要比其它细胞更加容易产生和制造，而这对于ipsCs的研究转化到临床疗法中的成本和花费或许具有重大影响；近日，一篇刊登在国际杂志Stem Cell Research上题为“Extracellular laminin regulates hematopoietic potential of pluripotent stem cells through integrin β1-ILK-β-catenin-JUN axis”的研究报告中，来自日本京都大学等机构的科学家们通过研究发现，一种广泛存在于人类机体中并用于iPSCs疗法的特殊分子—层粘连蛋白(laminin)或许会影响ipsCs的造血分化。

图片来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1873506121001331?via%3Dihub

在分化iPSCs之前，细胞所处或被培养的环境尤其重要，出于研究目的，科学家们将iPSCs在小鼠胚胎成纤维细胞上进行了培养，这些“饲养者”细胞能为iPSCs提供必要的营养物质；然而，如果出于临床目的考虑，ipsCs就必须在无饲环境中被维持，这项研究中，研究人员通过研究发现了小鼠胚胎成纤维细胞的一种合适的替代品，即层粘连蛋白-511 E8蛋白片段（LM511-E8）。

研究人员利用LM511-E8将iPSCs分化出了多种类型血细胞，包括他们给患者机体中输注的血小板等，这种分化的基础是研究者10多年前发现的Sac方法。Sac方法主要是针对iPSCs的造血分化，其能够遵循原条结构、中胚层、血管内皮的状态来产生造血祖干细胞。换句话说，这种方法能试图重现天然的造血作用从而产生造血祖细胞，而造血祖细胞是一种所有其它血细胞都能够衍生的细胞类型。然而这种方法并非没有缺陷，研究人员注意到，相比ipsCs的数量，他们所获得的造血祖细胞的数量相当少。

随着细胞的分化，其增殖的倾向就会下降，而iPSCs则拥有最高的增殖率，祖细胞也拥有很好的增殖能力；换句话说，血小板则不会增殖；因此，较低的造血祖细胞的产量就会增加收集所需的数千亿以上血小板的时间和成本。研究者表示，LM511-E8仅仅是众多层粘连蛋白中的一种，然而其却是唯一一种迄今为止被批准用于ipsC临床应用的一种特殊蛋白，层粘连蛋白是存在于全身的一种粘连蛋白，其由α、β和γ链组成，每一条链都会被破碎成为“子集”， LM511-E8则标记着α5链、β1链和γ1链。

胞外层粘连蛋白支架或能通过控制典型的Wnt/β-连环蛋白信号通路来确定hPSCs的造血潜能。

图片来源：Akinori Yuzuriha，et al. Stem Cell Research (2021). DOI: 10.1016/j.scr.2021.102287

在干细胞研究中，层粘连蛋白被认为是地板，对于有宝宝开始滚爬的家庭而言，这时候在地板上铺上一层地毯似乎是最好的；另一方面，同样的家庭，如果有一只小狗在里面嬉戏前总是迫不及待地清理自己的脚掌，那么这个家庭可能就更喜欢瓷砖。类似地，选择层粘连蛋白的类型应该根据我们想从ipsCs所衍生的细胞类型来作为依据。为了确定LM511-E8是否是造血祖细胞产量低的原因，研究人员Eto等人就对9种不同类型的层粘连蛋白进行了调查分析，很快他们就发现，LM421-E8和LM121-E8两种层粘连蛋白或能改善造血祖细胞的产量。

有趣的是，与其它7种层粘连蛋白不同的是，层粘连蛋白LM421-E8和LM121-E8对iPSCs的粘附力都较弱；由于目前其都不能用于临床应用，因此研究人员对LM511-E8的粘附性进行修饰，结果发现，将其浓度降低到原来Sac方法中使用的八分之一，就能够使得造血祖细胞的产量与LM421-E8和LM121-E8两种层粘连蛋白所诱导的产量相当。而且，连续稀释LM511-E8还会促进细胞表达更多ITGB1受体分子，激活该受体分子就能增强典型的Wnt信号通路并能提供ipsCs造血分化的新型分子机制。

胞外层粘连蛋白支架或能通过控制典型的Wnt/β-连环蛋白信号通路来确定hPSCs的造血潜能。

图片来源：Akinori Yuzuriha，et al. Stem Cell Research (2021). DOI: 10.1016/j.scr.2021.102287

Wnt信号对于细胞的生长和迁移至关重要，尤其是在胚胎中。本文研究结果表明，通过化学修饰Sac方法就能增强Wnt信号转导，进而进一步提高并增加造血祖细胞的产量。研究者Eto说道，iPSCs能被用来制造所有的细胞类型，但不同国家和实验室研究人员所实现的转化效率并不相同，其中的原因或许是一些简单的东西，比如所使用的材料等，本文研究结果发现，ipsCs造血分化主要依赖于最佳的粘附特性。

综上，胞外层粘连蛋白支架或能通过在未分化阶段激活ITGB1-ILK-β-连环蛋白-JUN轴来调节造血干祖细胞的的分化潜能；而低浓度的LM511-E8和修饰后的造血干祖细胞-Sac方法联合后或能获得较高的造血祖细胞产量以及更高的最终造血率，这就为从一般的造血干祖细胞获得分化的造血细胞提供了一种非常有用的方案或步骤。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Akinori Yuzuriha，Sou Nakamura，Naoshi Sugimoto,et al.  Extracellular laminin regulates hematopoietic potential of pluripotent stem cells through integrin β1-ILK-β-catenin-JUN axis, Stem Cell Research (2021). DOI: 10.1016/j.scr.2021.102287