成纤维细胞向内皮细胞转分化促进缺血性心脏病血管新生
赵晓峰 贺治青 吴宗贵 梁 春
【摘 要】【摘要】细胞转分化通过重编程或小分子化学诱导的方式使一种分化细胞类型直接转化为另一种期望的细胞类型。该文介绍成纤维细胞向内皮细胞转分化策略及促进缺血性心脏病血管新生的应用前景。 【期刊名称】国际心血管病杂志 【年(卷),期】2017(044)003 【总页数】3
【关键词】【关键词】成纤维细胞；转分化；缺血性心脏病；血管新生
心肌纤维化和血管新生是缺血性心脏病(IHD)发生发展过程中的重要因素。抑制心肌纤维化、促进血管内皮细胞新生可抑制心肌重构，改善心功能。IHD干细胞治疗的临床转化存在较多制约因素，如移植所致心律失常、多能干细胞在体定向分化不可控、致瘤风险以及干细胞的远期存活率低等。
转分化是通过重编程(reprogramming)或小分子化学诱导的方式使一种细胞绕过多能干细胞阶段而转化为另一种细胞类型[1-2]。传统观点认为成纤维细胞是相对成熟的成体细胞，但新近研究发现成纤维细胞可转分化为功能性内皮细胞并融合到宿主组织中，促进血管新生，改善局部血供[1,3]。IHD的实质是心肌缺血缺氧引起的级联瀑式反应，通过转分化策略将成纤维细胞诱导为内皮细胞促进“治疗性血管新生”，有望避免干细胞治疗的不足，成为治疗IHD的新方法。
1 转分化的发现
以往认为成体器官的细胞相对稳定，表型不发生改变，近年发现转分化途径可
改变细胞类型[4-5]。最初转分化现象是在两栖动物下肢再生和蝴蝶幼虫变态发育中发现的，此后在生理性肠上皮化生和肿瘤发生中也发现存在转分化现象。转分化在再生医学中的应用有两大优势：(1)用于转分化的细胞如成纤维细胞来源丰富、获取方便；(2)转分化可减少局部组织纤维化，同时还可促进重要器官功能性细胞的再生。利用病毒转导谱系特异性转录因子可将成纤维细胞转分化为神经元细胞、星形胶质细胞，将成人胰腺外分泌细胞转分化为胰岛β细胞[2，6]；运用非病毒载体途径可将肝细胞转分化为胰岛β细胞[7]；运用小分子策略途径可将心肌成纤维细胞转分化为内皮细胞[3]，将大脑星形胶质细胞转分化为内皮细胞[8]。
2 成纤维细胞向内皮细胞转分化策略
2.1 短暂性多能性转录因子为基础的转分化策略(transient pluripotent transcription factors based strategy， TPS策略)
成体细胞通过脱分化(differentiation)可转变为诱导多能干细胞(iPSC)，iPSC在不同条件下可进一步形成不同的细胞类型，成为潜在的治疗性内皮细胞来源。但iPSC转化率和分化率低下及致瘤风险限制了此方法的临床应用。在诱导形成iPSC之前存在一个更早的时间点，对成纤维细胞用病毒载体转染iPSC转录因子，用分化培养基诱导，继以内皮细胞生长培养基(EGM2)培养，成纤维细胞可快速形成具有同源性的内皮细胞而未激活细胞多能性，称为TPS策略。Li等[1]证明在诱导环境下，仅转染两种转录因子Oct4和Klf4(OK组合)就可以使人类成纤维细胞转分化为有一定功能的诱导内皮细胞(iEnd)；在体内和体外实验中，iEnd均呈现出特征性内皮细胞表型，且在小鼠的下肢缺血模型中能促进血管再生和血液灌注。
2.2 细胞激活和信号指导(cell activation and signaling-directed， CASD)策略
近年提出了通过CASD进行谱系转变的转分化概念[9-10]。细胞激活是指短暂性过表达的iPSC生成相关转录因子激活成体细胞，使之获得多能性，信号指导是指谱系特异性可溶性信号随后被用来进行谱系定向分化指导，使具有多能性的细胞形成多种不同的细胞类型。与传统的使用多组不同谱系特异性转录因子的转分化方法不同，CASD转分化策略仅采用一组通用的转录因子组合，通过信号通路指导来诱导各种细胞类型定向分化。随后一些研究表明，某些小分子可以部分替代转录因子组合，包括转化生长因子-β(TGF-β)信号通路抑制剂、组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂、Wnt信号通路激动剂等，我们推测小分子化合物鸡尾酒组合可以通过CASD策略替代转录因子诱导成纤维细胞形成内皮细胞。
2.3 小分子策略
小分子可产生较快的生物学效应，因不与靶蛋白共价结合，产生的效应是可逆的。小分子合成、保存和标准化方便，比蛋白质、mRNA、细胞因子更稳定，性价比更高。通过对小分子结构、浓度进行优化和将不同小分子进行组合，可使其效应提高。小分子可以容易地调控信号通路和表观遗传学修饰。小分子可能通过以下机制调节基因表达：(1)作为信号通路调节者，通过激活或抑制信号转导通路上的靶点来调节下游转录活动；(2)作为表观遗传调节者，调节表观遗传复合物的生物活性；(3)作为细胞代谢调节者，调节细胞状态，改变表观遗传学配体蛋白和共效性分子的代谢产物平衡；(4)作为核受体激动剂或拮抗剂，通过核受体直接调节转录活动。目前，研究发现2种小分子途径可以调节小鼠成
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