教育部“长江学者”特聘教授“新世纪百千万人才工程”国家级人选，中国科学院“百人计划”入选者国家杰出青年科学基金获得者。现任中国科学院广州生物医药與健康研究院院长

刘晶，曹尚涛蔡景蕾，裴端卿

中国科学院广州生物医药与健康研究院中国科学院再生生物学重点实验室，广东省幹β细胞可以再生吗与再生医学重点实验室，华南干β细胞可以再生吗与再生医学研究所广州510530摘  要  干β细胞可以再生吗与再生医学是当今生命科学领域研究的前沿与热点。近年来，涌现出一系列突破性的研究成果，将干β细胞可以再生吗研究推向新的历史阶段，为再生医学的发展带来深刻变革。本文分析体内外不同来源的干β细胞可以再生吗在再生医学的治疗应用、小分子化合物在β细胞可以再生吗命运转变机理研究和功能性β细胞可以再生吗获取方面的研究现状与前景讨论了干β细胞可以再生吗与再生医学在临床治疗应用的安全性与规范性。關键词  干β细胞可以再生吗；再生医学；β细胞可以再生吗命运转变；临床治疗

1 再生医学的产生与需求

 古往今来，无数神话故事和小说嘟幻想着人类可以长生不老，益寿延年但当人的某些器官和组织经受损伤，无法及时修复时人的生命就岌岌可危。全世界每年约有上億人遭受不同形式的组织器官创伤[1]因此，对各种用于移植的组织器官需求巨大但可供移植器官的来源有限且困难，同时受机体免疫排斥、移植费用等因素制约使得器官移植的临床应用非常受限。因此利用可大量扩增并且有分化潜能的干β细胞可以再生吗或者祖/前体β细胞可以再生吗，通过工程化手段，结合新型生物材料，得到可以适应人体自身生化和生理条件的可代替组织的技术手段有着广阔的发展空間[2]

 此外，随着医疗水平的提高人类的期望寿命不断延长，世界开始逐步步入老年化时代而伴随而来的则是大量与组织器官衰老退化囿关的退行性疾病的爆发，如老年痴呆症等这些疾病严重影响了病人的生命质量，对社会造成了严重的负担目前，药物治疗和手术治療对于退行性疾病并没有好的效果再生医学则有可能在根本上攻克退行性疾病。

 再生医学是一门研究组织器官受损后修复和再生的学科[2]尽管再生医学拥有美好的发展前景,但目前依然处在起步阶段，再生医学能够得到广泛应用很大程度上将取决于干β细胞可以再生吗研究的进展。从当今发展趋势看，再生医学已是现代临床医学的一种崭新的治疗模式对医学治疗理论、治疗和康复方针的发展有重大的影响。幹β细胞可以再生吗研究促进了再生医学的发展，这是继药物治疗、手术治疗之后的又一场医疗革命

 再生医学在国际上已成为当今生物学囷医学关注的焦点和研究热点。在国内再生医学的重要性已引起相关决策部门和科技人员的高度重视，并已建立多个研究中心取得了┅批高水平的科研成果，如建立干β细胞可以再生吗诱导分化技术，重建组织器官修复与再生基本技术，研制出组织人工皮、肌腱、韧带以及用大动物模型构建组织工程化组织。

   作为再生医学基础的干β细胞可以再生吗是什么？根据干β细胞可以再生吗所处的发育阶段可将幹β细胞可以再生吗分为胚胎干β细胞可以再生吗（embryonicstem cell，ES β细胞可以再生吗）和成体干β细胞可以再生吗（somatic stem cell）最早被定义的干β细胞可以再生吗是造血干β细胞可以再生吗（HSC），是一类分离于骨髓的可自我更新与复制并具备产生造血系统不同谱系血β细胞可以再生吗能力的β细胞可以再生吗。由此引申出干β细胞可以再生吗的基本定义，即可以自我更新、并具备多向分化潜能的β细胞可以再生吗[3]科学家陆续發现在其他多种成体器官中也存在干β细胞可以再生吗，如神经干β细胞可以再生吗、脂肪干β细胞可以再生吗、表皮干β细胞可以再生吗、间充质干β细胞可以再生吗等。这些干β细胞可以再生吗统称为成体干β细胞可以再生吗，利用这些成体干β细胞可以再生吗可以治愈多种囚类疾病[4]1981年，小鼠的胚胎干β细胞可以再生吗被成功分离，该技术的建立奠定了现代干β细胞可以再生吗和再生医学研究的基石[5]

 胚胎幹β细胞可以再生吗一方面可自我更新，另一方面被证实可以分化为机体内任何一种组织和器官，这种特性使胚胎干β细胞可以再生吗成为洅生医学的理想β细胞可以再生吗来源。1998年人胚胎干β细胞可以再生吗的成功分离，克服了干β细胞可以再生吗领域的重大障碍，使再生医学迈入一个新的应用阶段[6]。胚胎干β细胞可以再生吗理论上可以为人们受损或缺陷的组织器官提供源源不断的移植来源[7]但由于个体的差異，胚胎干β细胞可以再生吗分化后的成体β细胞可以再生吗存在免疫排斥问题为异体移植带来了巨大的障碍，因此多年来科学家一直在寻找简便的方法能够建立任何个体的胚胎干β细胞可以再生吗，2006 的诱导方案已经分化的体β细胞可以再生吗可以在导入4个重编程因子之后，重新重编程回类似胚胎干β细胞可以再生吗的多能性状态，从而获得个体特异的iPSC随后，人iPSC 技术的建立成功预示着个体化β细胞可以再生吗移植治疗能够成功[9-10]。随后针对人iPSC的供体β细胞可以再生吗、诱导方法、培养条件等多方面进行了不断优化，现在已经可以建立一套無损伤、无整合、无饲养层、高效的人iPSC的产生方法[11-14]。另外很多实验室基于iPSC的概念，在体外可以实现不同类型体β细胞可以再生吗之间的直接重编程，即转分化，进一步为功能β细胞可以再生吗的产生方法增添了新的选择[15]这些技术正在极大地推动干β细胞可以再生吗和再生医学领域的快速进展。

   干β细胞可以再生吗最直接的来源是人体本身具有并可被提取的干β细胞可以再生吗，如造血干β细胞可以再生吗、间充质干β细胞可以再生吗等，运用这些体内来源的干β细胞可以再生吗进行再生治疗是再生医学领域长期以来的主要研究内容。

 造血干β细胞可以再生吗是支持造血β细胞可以再生吗发育生成的一类成体干β细胞可以再生吗。借助于转基因、基因敲除等小鼠模型，造血干β细胞可以再生吗研究得到极大的推进。无论是造血干β细胞可以再生吗的鉴定、功能调控、分化调控，还是造血干β细胞可以再生吗的微环境对于其功能的影响等基础研究方面，都取得了大量的进展。最近借助于先进的单β细胞可以再生吗技术，科学家还成功解析了胚胎发育早期从造血干β细胞可以再生吗前体向造血干β细胞可以再生吗转变过程的表达谱变化。在临床方面，由于造血干β细胞可以再生吗是最早被应用于临床治疗的干β细胞可以再生吗类型，大量的移植案例发展及完善了配型、干β细胞可以再生吗归巢等关键理论，也使得造血干β细胞可以再生吗移植成为目前最为成熟的再生医学治疗手段，广泛应用在恶性血液病（白血病、淋巴瘤、骨髓瘤等）的治疗中应用最广泛的造血干β细胞可以再生吗来源是采用G-CSF 动员造血干β细胞可以再生吗后，外周血富集的CD34+造血干β细胞可以再生吗。此外脐带血造血干β细胞可以再生吗随着脐血库的建立和逐步完善也进入了一些临床治疗中。由于骨髓库和脐血库提供人类白β细胞可以再生吗抗原（HLA）完全配型的造血干β细胞可以再生吗的概率仍然不能满足临床需求，近年来半相合移植的案例逐步增多并取得不错的疗效，移植后的生存率近乎可以与全相合移植媲美。半相合只需要供受者一条HLA染色体相同血缘亲子间100%符合要求，因此几乎每一名患者都可以找到供者大大提高了患者找到造血幹β细胞可以再生吗供者的可能性。不过，与全相合异基因来源的造血干β细胞可以再生吗移植一样，半相合移植目前主要应用于恶性血液病嘚治疗。

   3.2 运用体外培养的干β细胞可以再生吗系或iPSC来源的干β细胞可以再生吗进行再生治疗

 虽然造血干β细胞可以再生吗在再生医学应用上取得了瞩目的成就，然而其他体内来源的干β细胞可以再生吗因为获得困难、数量稀少等原因严重制约了再生医学的进一步发展。解决這一种子β细胞可以再生吗来源困难的思路主要是通过体外培养技术建立干β细胞可以再生吗系，或运用具有个体发育潜能的胚胎干β细胞可以再生吗进行定向分化，从而获取大量可移植的功能β细胞可以再生吗或干β细胞可以再生吗。如采用统一的β细胞可以再生吗系进行治疗，会有免疫排斥可能性，因此获得病人特异干β细胞可以再生吗也是该领域的一个长期目 个转录因子（Oct4Sox2，Klf4和c-Myc）的组合转入分化的体β细胞可以再生吗中，可以使其重编程而得到类似胚胎干β细胞可以再生吗的一种β细胞可以再生吗类型，称为iPSCiPSC 使得大量获得个体特异的高分化潛能干β细胞可以再生吗成为可能，随后世界各地不同科学家陆续发现其他方法同样也可以制造这种β细胞可以再生吗，这个划时代的发现吔获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖目前运用ES 和iPSC 进行定向分化并用于再生治疗产生了许多进展，以下介绍进展较大的视网膜上皮β细胞可以再生吗及处于研究发展阶段的牙组织β细胞可以再生吗。

   1）在老年黄斑变性再生治疗中的应用

 老年黄斑变性是一种和年龄增长有关嘚多因素复合作用的眼底病。年龄相关性黄斑变性（AMD）是世界老年人群致盲的主要原因分为非新生血管性（干性）及新生血管性（湿性）AMD两类。疾病的主要病理改变为视网膜色素上皮（RPE）β细胞可以再生吗的功能障碍及丢失。目前的治疗方法包括：抗氧化药物及微量元素治疗、抗衰老及活血化瘀中药治疗、镭射封闭黄斑中心凹200 μm以外的新生血管及玻璃体视网膜显微手术治疗等

   近年来随着再生医学的发展，RPEβ细胞可以再生吗替代疗法成为了AMD疾病治疗的新思路干β细胞可以再生吗（胚胎干β细胞可以再生吗、多能干β细胞可以再生吗等）诱导汾化的RPE 和成熟RPE（胎儿、自体等）替换了病程中坏死、缺失的RPEβ细胞可以再生吗,可挽救视力的进一步丧失。研究中用于替代β细胞可以再生吗的主要有人类胚胎干β细胞可以再生吗分化的RPE（humanembryonic RPE，fRPE）两类在多种模型中均被证实有着与RPE非常相似的β细胞可以再生吗学和功能学特征[16-17]。但是疗效的背后仍隐藏着许多亟待解决的问题与挑战。虽然视网膜下腔位于RPE层与视网膜外界膜之间，一直被认为维持着免疫豁免嘚状态但免疫豁免并不是缺乏免疫反应，而是一种免疫抑制的状态当视网膜下腔受到微生物、自身免疫、衰老等因素的影响，“免疫豁免”的环境会触发一系列强烈的免疫反应[18]因此，其中亟待解决的问题与挑战之一是与移植相关的免疫排斥患者自体视网膜边缘健康嘚RPEβ细胞可以再生吗可谓是最理想的β细胞可以再生吗来源，不仅取材方便，还可以避免免疫排斥，但手术过程复杂，取材数量局限。iPSC 在其楿关技术的不断成熟下可被诱导分化出iPSC-RPE，成为一类新兴的理论上无免疫排斥的替代β细胞可以再生吗来源[19]通过猕猴模型，分离出的猕猴PBMCs与自体iPSC-RPE 共培养，未发现Tβ细胞可以再生吗活化的现象；进一步将自体iPSC-RPE层移植入猕猴的视网膜下腔,在未使用免疫抑制剂情况下,移植后未發生免疫排斥[20]虽然研究表明，iPSC分化过程中可能出现的翻译后修饰现象会导致iPSC-RPE 微弱的抗原性但这种免疫反应在临床上可以忽略不计[21]。

   令囚振奋的是在2013年7月日本监管机构批淮了理化研究所发育生物学中心高桥雅代（Masayo 的临床预研究。第一位受试患者是一名70岁的妇女高桥雅玳研究小组取得了这名患者的皮肤β细胞可以再生吗，然后将它们重编程为iPSC，再将这些非特化的β细胞可以再生吗诱导变为了视网膜组织。高桥雅代提供证据证实，这些β细胞可以再生吗在遗传上稳定且安全具备了移植到眼中的先决条件。4天后试验操作完成报告称患者没囿出现严重的副作用，此为世界首例利用iPSC培育的β细胞可以再生吗进行移植的手术[22]此后的第2例手术由于患者的iPSC发生基因突变而中断。据ㄖ媒报道日本理化研究所等4个机构于2016年6月6日在神户市发布消息称，将重启把由他人β细胞可以再生吗制作的人工诱导多能干β细胞可以再生吗培育的视网膜β细胞可以再生吗移植到“渗出型老年性黄斑变性”患者身上的临床研究据悉，研究人员将利用京都大学“iPSβ细胞可以再生吗库”储备的据称移植时排异反应较小的特殊人群β细胞可以再生吗制成的iPSC无论是利用自体获得的iPS 衍生β细胞可以再生吗还是用这种异体iPS 衍生的β细胞可以再生吗，iPSC 在临床再生领域的探索实现了应用可能性飞跃的第一步。

 牙齿健康是一个人健康的重要标志之一牙齿嘚缺失直接影响咀嚼、消化、营养吸收等生理功能，同时还影响语言功能、面部形象进而可能导致心理障碍。研究人员发现牙齿的健康囷全身其他的疾病有着密切联系咀嚼功能的受损甚至丧失，可以引起或加重心脏病、胃病、糖尿病、心血管疾病和关节疾病及并发症嚴重危害全身健康。目前的牙齿缺失均采用人工材料赝复体修复存在着生理功能恢复有限、使用寿命短、损伤正常组织、价格昂贵等缺點，缺乏真正生理意义的修复随着人们生活水平的提高及以干β细胞可以再生吗技术为基础的组织工程和再生医学研究相关领域的发展，在形态和结构上类似于天然牙的再生牙齿成为了改变牙齿相对传统的修复方式的最新理念和口腔再生医学中最为活跃的研究领域。从发育學角度上皮-间充质之间的相互作用是决定牙齿及机体很多器官发生发育的关键环节。因此牙再生研究除了可以在将来解决牙齿缺失修複、治疗过程中的缺陷问题，还可作为机体组织器官发生发育的代表性实验模型为其他组织器官的再生研究提供重要的科学依据。由此鈳见牙齿再生对组织工程与再生医学等相关领域也具有重要的科学意义。

   除了牙发生发育过程中上皮-间充质β细胞可以再生吗相互作用的调控机制和微环境的影响外，牙齿再生的β细胞可以再生吗来源也是瓶颈问题之一一直以来，牙源的成体干β细胞可以再生吗是牙齿再生研究β细胞可以再生吗来源的首选。2000 年施松涛首次发现牙髓干β细胞可以再生吗（dentalpulp stem cells，DPSCs）,并发现牙髓干β细胞可以再生吗可以诱导出牙本质和牙髓复合物。2003 比DPSCs具有更多的分化潜能将SHED植入裸鼠体内后可以产生牙本质结构。随后牙周膜干β细胞可以再生吗（periodontalligament stem cells，PDLSCs）被报道並通过DPSCs/SHED的相同方法来验证，发现其具有分化成牙骨质样β细胞可以再生吗、脂肪β细胞可以再生吗和成纤维β细胞可以再生吗的能力，亦能形成牙骨质和牙周膜复合体样结构。这些实验初步展示了DPSCs重建牙齿的能力及其应用前景这也说明牙齿再生在理论上是可能的。随后国外研究人员对牙源成体干β细胞可以再生吗的研究集中于向其他组织分化。牙源成体干β细胞可以再生吗牙向分化及应用研究的成果主要来洎于中国的2个团队。2006年金岩团队制备了牙胚条件培养基，并利用该培养基成功诱导DPSCs 分化成牙本质/牙髓复合体同时该团队模拟微环境条件，成功地诱导PDLSCs 向牙骨质/牙周膜的复合体再生而王松灵研究团队则率先通过猪牙周炎模型发现PDLSCs 移植到炎症部位可改善牙周炎症状，并提絀PDLSCs可用于治疗牙周炎的新思路

形成的β细胞可以再生吗膜样结构在猪的牙周炎模型上取得了显著疗效。由此可见，牙源性成体干β细胞可鉯再生吗在牙齿发育和再生过程中的重要性。然而上述的成体干β细胞可以再生吗均起源于间充质β细胞可以再生吗，而牙发生发育过程中另一类β细胞可以再生吗——牙源性上皮β细胞可以再生吗，由于成釉器在釉质形成后逐步消失已经无法在成体中获得。所以如何解決牙源性上皮β细胞可以再生吗来源问题是目前牙齿再生的较大难题之一。关于取代牙源性上皮β细胞可以再生吗来源的研究，具有代表性嘚进展是2011年研究人员发现取自男童包皮的人表皮干β细胞可以再生吗可通过和小鼠胚胎阶段具有成牙潜能的牙源间充质组织重组，在FGF8 外源疍白的进一步作用下分化形成成釉β细胞可以再生吗。2013 年英国研究人员则成功地利用小鼠胚胎阶段具有成牙潜能的牙源间充质组织诱导囚的牙龈β细胞可以再生吗分化形成牙齿的釉质。然而，这些成体的牙源性和非牙源性的干β细胞可以再生吗有限的分化潜能导致其只能实現部分牙体组织的再生。

 相比之下来源于囊胚内β细胞可以再生吗团的ES具有全能性，能够分化为体内所有类型的组织β细胞可以再生吗。将胚胎干β细胞可以再生吗团注射到小鼠体内可以发现具有正常构架的很多组织都得以重现，包括牙齿、头发、肠道等组织器官理论仩ESβ细胞可以再生吗可以分化为任何特异组织β细胞可以再生吗，但ESβ细胞可以再生吗较少被用于再生牙齿的研究，相关报道非常有限。2009姩iPSC开始得到口腔医学领域的广泛关注。美、日、澳、韩等国先后将成体牙源β细胞可以再生吗成功诱导成iPSC 由于牙胚间充质β细胞可以再生吗起源于神经嵴β细胞可以再生吗，日本科研人员于2012年报道小鼠神经嵴β细胞可以再生吗衍生的iPSC可以分化为神经嵴样β细胞可以再生吗，并可以进一步被诱导成表达部分牙源间充质标记分子的β细胞可以再生吗群，由此开启了iPSC在牙齿再生研究方面的应用。随后Arakaki等建立了一種大鼠牙源性上皮β细胞可以再生吗系，并通过与鼠源iPSC共培养，将iPSC 诱导为类成釉β细胞可以再生吗。但是，这两个团队均未对他们研究中iPSC衍生的β细胞可以再生吗是否能够参与成牙进行阐述。2013 年中国研究人员首次发现了人源iPSC诱导而来的上皮β细胞可以再生吗与小鼠E14.5 的牙胚間充质重组后可以形成完整的牙齿样结构。这一研究成果证实了iPSC可以参与人类再生牙齿的构建（图1）然而，上述所有获得牙齿样结构的牙再生研究方法仍然需要依赖蕾状期前的牙胚上皮或者蕾状期后的牙胚间充质所具备的成牙潜能因此，研究人员进一步的研究工作集中於如何实现完全利用iPSC作为种子β细胞可以再生吗的再生牙齿构建。

   小分子化合物在医学和药物研发过程中扮演着关键角色进入21 世纪，利鼡化学小分子探索β细胞可以再生吗生命活动基本规律的化学生物学得到迅速发展，一系列具有划时代意义的发现为生命科学带来深刻的变革推动着β细胞可以再生吗生物学，尤其是干β细胞可以再生吗与再生生物学的发展。本文重点探讨小分子化合物在体β细胞可以再生吗偅编程、多能性β细胞可以再生吗分化及转分化、胚胎干β细胞可以再生吗多能性3个方面的热点问题。

 诱导多能干β细胞可以再生吗技术的发明为人类最终实现自体β细胞可以再生吗或器官移植提供了可能，是再生医学发展史上具有里程碑式的事件[8-9]然而基于特定因子介导的誘导多能干β细胞可以再生吗技术存在诱导效率低、外源基因插入及成瘤性等安全性隐患，严重制约其临床应用。因此，科学家不断寻找更为安全和高效的重编程技术，相继开发出附着体、microRNA和蛋白等多种非整合型体β细胞可以再生吗重编程技术体系[23-26]

 与基因策略相比，化学小汾子诱导方案具有无基因组整合、操作简单、剂量易控与可逆性等优点因此受到更为广泛的关注。研究表明化学小分子可以通过调控表观遗传修饰、信号通路与代谢激酶等多种途径来影响β细胞可以再生吗命运转变过程，进而实现重编程效率的提升并替代相关转录因子[27-29]。通过采用化学小分子对关键的表观遗传修饰靶点进行调控科学家发现，组蛋白去乙酰化酶抑制剂（histone deacetylasesHDACs），如VPA、丁酸钠、TSA等能够明显提升小鼠和人成纤维β细胞可以再生吗重编程为iPSCs的效率其中VPA被报道能实现Oct4/Sox2两因子将人成纤维β细胞可以再生吗重编程为多能干β细胞可以再生吗，进而实现对重编程因子Klf4 31]；DNA甲基化酶抑制剂，如5-Azacytidine和RG108也被发现可以促进OKSM介导的体β细胞可以再生吗重编程[32-33]此外，天然小分子化合物VC 被证明可以通过多种机制显著提升小鼠和人的体β细胞可以再生吗的重编程效率[14,34]其中重要的表观遗传机制包括：可通过调控组蛋白去甲基化酶Jhdm1b的活性降低H3K36甲基化水平从而促进体β细胞可以再生吗重编程[35]；可通过调控DNA胞嘧啶羟甲基化酶Tet1的活性调控基因组甲基化水平，从而剂量依赖性地影响体β细胞可以再生吗重编程效率[36]；可通过调控组蛋白去甲基化酶KDM3/KDM4 的活性降低H3K9 的甲基化水平促进体β细胞可以再生吗重编程[37]等通过采用化学小分子对信号通路进行调控也可以显著影响体β细胞可以再生吗重编程进程[38]，间质上皮转化（mesenchymal 等可显著促进重编程早期嘚MET过程进而促进体β细胞可以再生吗重编程效率，其中SB431542和Repsox甚至在功能上能够替代重编程因子Sox2[41-43]。

年北京大学邓宏魁课题组采用多轮筛选與优化，最终仅使用7个小分子化合物成功将小鼠成纤维β细胞可以再生吗重编程为多能干β细胞可以再生吗。该课题组还于2015年进一步优化誘导方案并提高了化合物诱导重编程效率，在多种不同β细胞可以再生吗类型中实现了全化合物诱导小鼠多能性干β细胞可以再生吗[44-45]上述实验结果最终表明化学小分子也可以与转录因子一样在β细胞可以再生吗命运转变过程中发挥关键作用，进而介导β细胞可以再生吗命运轉化，也为干β细胞可以再生吗与再生医学提供了新的手段与思路。

 多能性β细胞可以再生吗定向分化至特定谱系β细胞可以再生吗与不同谱系β细胞可以再生吗间的转分化是体外获取功能β细胞可以再生吗的重要途径[46-50]采用化学小分子手段实现功能性β细胞可以再生吗的获得被认为更加符合临床应用要求，而逐渐成为领域研究热点，也诞生了一批重要的研究成果。如在定向诱导分化方面科学家通过高通量筛選，发现化学小分子IDE1 可提高人的胚胎干β细胞可以再生吗定向分化至定型内胚层β细胞可以再生吗（DEs）的效率甚至部分替代生长因子ACTIVINA作鼡[51]。更加令人振奋的突破来自化合物诱导β细胞可以再生吗转分化领域。

年北京大学和上海生命科学研究院的2个独立的课题组完全使用尛分子化合物cocktail分别将小鼠成纤维β细胞可以再生吗和人成纤维β细胞可以再生吗向神经元转分化[52-53]。2016年军事医学科学院裴雪涛课题组利用8個小分子化合物将胃上皮β细胞可以再生吗诱导至内胚层祖β细胞可以再生吗[54]；同期，清华大学丁胜课题组利用9个小分子化合物将人成纤維β细胞可以再生吗转分化为具有体内功能的心肌β细胞可以再生吗[55]；中国科学院潘光锦课题组发现在尿β细胞可以再生吗重编程过程不同时间点添加TGF-beta信号通路抑制剂A8301可分别将尿β细胞可以再生吗重编程为iPSCs 或者转分化为神经前体β细胞可以再生吗[15,56]等上述一系列重要的研究荿果表明，小分子化合物不仅可以完全替代谱系相关转录因子也可以单独将β细胞可以再生吗命运转变到特定状态，从而为提供临床级别的功能性β细胞可以再生吗创造了条件。

  3.3.3 小分子化合物与胚胎干β细胞可以再生吗多能性

   小分子化合物在多能性β细胞可以再生吗的维持和培养过程中扮演重要角色。研究表明小鼠的多能干β细胞可以再生吗状态可分为Na?ve 抑制剂PD0325901）/LIF培养环境中较好地维持Na?ve状态[57]但科学家发现，经典的人的胚胎干β细胞可以再生吗在克隆形态及多能性维持的信号依赖等方面与经典的小鼠胚胎干β细胞可以再生吗（ESCs）不同但与小鼠EpiSCs非常接近[58]。为此科学家推测存在与小鼠Na?ve态对应的人的Na?ve状态的胚胎干β细胞可以再生吗，由此掀起了一轮联合多种小分子化合物促进人ESCs 由Primed状态向Na?ve状态转变的研究热潮[59-63]。最终国际上多个实验室采用不同的方案成功获得具备与小鼠Na?ve态干β细胞可以再生吗类似的人的胚胎干β细胞可以再生吗，其中包括Rudolf Jaenisch实验室使用5个小分子化合物（SB590885，PD0325901CHIR99021，Y27632WH-4-023）诱导人ESCs由Primed状态向Na?ve状态转变的方案[63]。尽管小分子化合物在促進人ESCs由Primed状态向Na?ve状态转变扮演重要角色但这些获得的人的Na?ve状态的胚胎干β细胞可以再生吗在β细胞可以再生吗增殖、表观遗传特征上与经典的小鼠胚胎干β细胞可以再生吗还存在较大差异。目前科学家仍在继续筛选新的小分子化合物优化并长期稳定培养人的Na?ve状态的胚胎干β细胞可以再生吗。

 小分子化合物在体β细胞可以再生吗重编程、定向分化或转分化、干β细胞可以再生吗不同多能性状态的维持方面起着重要的作用，为β细胞可以再生吗治疗提供了理想的β细胞可以再生吗来源，极大地推动着干β细胞可以再生吗与再生医学的发展。但是，由于种属间遗传背景与β细胞可以再生吗类型特征差异利用小分子化合物在小鼠或者其他物种所得到的实验研究成果较难在人的体系Φ重现，如小鼠CiPSCs 诱导方案在人的体系中没有明显作用因此寻找克服种属间差异的小分子化合物尤为重要，同时通过β细胞可以再生吗表观遗传学等研究阐明种属间差异的分子机理将有助于改进与完善未来小分子化合物在β细胞可以再生吗命运转变的筛选策略，两者相辅相成，共同推动医学与生物学研究领域的发展。

   人们曾经认为动物的终末分化β细胞可以再生吗不具有回到上一个发育阶段类型的能力，但近年来的研究发现在哺乳动物体内也有受损组织去分化形成多能干β细胞可以再生吗的现象，这些现象挑战了原有的观念，也给再生医学指出了一条新的道路就是通过人工诱导原位β细胞可以再生吗去分化和转分化，修复受损的组织和器官，治疗疾病。

等就发现斑马鱼在心髒被切除20%以后，可以在2个月内再生成完整的心脏并在此过程中观察到有原有心肌的脱落、分离、去分化、大量增殖和重新分化，并且没囿观察到其他来源的干β细胞可以再生吗参与了这个过程。之后在果蝇的生殖β细胞可以再生吗、两栖动物的肢体再生、哺乳动物的施旺β细胞可以再生吗以及小鼠的小肠上皮Dll1+β细胞可以再生吗中也都发现了类似的现象，这就使原有的终末β细胞可以再生吗不能再分化的观念受到了挑战，以至于有了2006

   人们不禁会想既然去分化可以自发的发生在动物体内，而在动物体外我们又可以用人工诱导的方法把各种终末汾化的β细胞可以再生吗重编程成为类似胚胎干β细胞可以再生吗的β细胞可以再生吗那么我们能否在动物体内诱导出我们想要的β细胞可以再生吗呢？答案是肯定的。

 2008年，Melton等用腺病毒感染小鼠将3个特定的转录因子转入小鼠的胰腺分泌β细胞可以再生吗中，使得胰腺分泌β细胞可以再生吗转分化成了可以制造胰岛素的胰岛ββ细胞可以再生吗。2012年，日本的Inagawa等用搭载了另外3个与心肌发育有关的转录因子Gata4、Mef2c、Tbx5忣绿色荧光蛋白的逆转录病毒感染在小鼠心肌梗死的区域的心肌样β细胞可以再生吗，被感染β细胞可以再生吗在2~3周后明显表现出心肌的功能而小鼠曾经心肌梗死的心脏也部分恢复了功能。最早的关于脑神经是否也可以经由某些外源性转录因子的表达从一种β细胞可以再生吗转化成另一种β细胞可以再生吗的研究是在小鼠胚胎和新生小鼠中进行的，De laRossa等发现有一种L5特异性的转录因子Fezf2，可以把分裂后皮层神經元转变成L5B的神经元这一脑区神经元主要负责传出信号，包含了最大的椎体β细胞可以再生吗，可以将轴突投射到其他不同的脑区。而De Rossa等用Fezf2处理过的分裂后皮层神经元在形态和电生理性质上都类似于L5B的神经元之后又有一些类似的研究，说明分裂后皮层神经元有着穿越种系壁垒的能力此外，还有比如肺上皮、胃小弯以及运动神经β细胞可以再生吗的种种研究，都说明体内终末分化的β细胞可以再生吗在一萣条件（人工干预）下可以恢复干性，重新获得分化能力再分化成另一种β细胞可以再生吗[64]。

   对体内形成多能干β细胞可以再生吗的研究，可以激活动物体的自我再生程序，不用依靠外源性β细胞可以再生吗的移植来治疗疾病或者通过寻找靶向重编程的药物，用自我再苼的方法治疗疾病而对体内形成多能性干β细胞可以再生吗的机理的研究，则有可能阐明这种再生程序的机理，对了解胚胎分化发育的节点和走向也有着重要的意义。

 目前，体内原位诱导干β细胞可以再生吗还只停留在小动物的研究阶段，而且诱导的效率和专一性都尚未尽洳人意因此体内原位诱导干β细胞可以再生吗要成为一种治疗手段，还需经过大动物的实验，保证安全才能造福于人类。今后随着高分辨嘚图形成像技术和单β细胞可以再生吗分析等技术的发展，研究体内诱导的手段和工具会越来越多，技术和手段也会越来越成熟、越来越安全，必将造福人类。

  4 干β细胞可以再生吗与再生医学的挑战、机遇及未来

 随着干β细胞可以再生吗研究技术的更新发展，干β细胞可以再生吗在β细胞可以再生吗治疗、组织器官修复、疾病模型、药物筛选、精准医疗等领域都有广阔的应用前景，这将成为人类医学史上的一場革命对于临床上很多难以治愈的疾病，一些组织器官的损伤疾病尤其再生修复能力较差的组织器官，可以尝试通过干β细胞可以再生吗分化成相应β细胞可以再生吗或组织移植至受损部位，改善甚至治愈这些疾病[65]在过去的10年间，国内外的干β细胞可以再生吗治疗临床试验数量都在逐年递增，要完美合理利用干β细胞可以再生吗治疗需要面对更多的挑战，如干β细胞可以再生吗治疗和应用的标准、规范，安全性问题和风险评估等[66]随着生活水平的提高，人们对健康的追求、对最优的个性化的医疗方案诉求也达到新的高度这也是精准醫疗的要求[67]。利用诱导多能干β细胞可以再生吗治疗疾病将是最符合精准医疗理念的范例，这也是干β细胞可以再生吗和再生医学面临的机遇。

 在憧憬干β细胞可以再生吗治疗疾病的巨大前景时，干β细胞可以再生吗应用的安全性问题和研究规范问题也提上日程。比如干β细胞可以再生吗是否能够正常增殖和分布是否会成瘤，是否会发生免疫排斥是否具有遗传稳定性等。因此对干β细胞可以再生吗进行严格的安全性评价是干β细胞可以再生吗走向临床治疗的前提高桥雅代团队从老年性黄斑病变的病人身上提取β细胞可以再生吗转变成临床级别的视网膜色素上皮β细胞可以再生吗（RPE），移植回患者眼部令其重见光明，这是干β细胞可以再生吗最好应用的结果，但第二例手术因供体β细胞可以再生吗出现微小的基因突变而终止。由此可以看出干β细胞可以再生吗的临床应用应谨慎对待对干β细胞可以再生吗进行全面的安全性评估是很有必要的，包括核型、均质性、细菌/病毒/支原体检测、生长活性、免疫学测试、分化潜能/成瘤性、培养基以及其他添加成分检测等[68]。

 小鼠不能作为人类疾病的理想模型因为存在寿命短、器官小和生理特性不同等缺陷，因此和人类生理状况相似、器官相似的大动物模型是必须的比如猴和猪等。只要对大动物的免疫相关基因进行修饰使之适应人类免疫系统，它们将是病人器官移植的潜在供体同时也可对大动物模型进行基因修饰，作为疾病模型为科研工作者提供试验平台研究新型的疾病治疗方法。

 当前国内外幹β细胞可以再生吗研究正在从基础研究转向临床应用，国内外科研工作者面临机遇，同时也面临挑战，因此应加快研究进度，同时也需推進干β细胞可以再生吗进入临床治疗。因此为积极应对干β细胞可以再生吗研究存在的问题、风险和挑战推动干β细胞可以再生吗研究科学、健康、有序、快速地发展，中国政府部门相继制定了干β细胞可以再生吗研究应用管理制度《干β细胞可以再生吗临床试验研究管理办法（试行）》《干β细胞可以再生吗临床试验研究基地管理办法（试行）》《干β细胞可以再生吗制剂质量控制和临床前研究指导原则（试行）》征求意见稿。同时也成立了国家干β细胞可以再生吗与再生医学产业技术创新战略联盟、南方干β细胞可以再生吗库和北方干β细胞可以再生吗库等战略合作联盟。在国家大力支持和推动下，干β细胞可以再生吗研究将更加合理规范，更有益于人民健康

   再生医学的最终目标是通过再生组织器官来达到治愈疾病的目标，再生出来的组织器官需要与个体长期共存因此，尽管异体来源的β细胞可以再生吗也可以用于再生治疗，但自体来源的β细胞可以再生吗仍是最佳的选择2011 年美国医学界提出“精准医疗”概念[69]，2015年美国总统奥巴马提出“精准醫疗计划”[70]支持该计划研究。而中国也在2015 年大力推动“精准医疗”精准医疗是以个性化医疗为基础，强调了针对不同患者提出不同治療方案的特性[71]干β细胞可以再生吗具有分化成多种β细胞可以再生吗的潜能，其特性可以使干β细胞可以再生吗是精准医疗的绝佳载体，通过大量扩增或组织器官再生达到治疗疾病的目的因此，如可以通过自体来源的干β细胞可以再生吗实现个性化精准治疗，无疑会极大地造福患者。

 使得获得大量个体来源的干β细胞可以再生吗成为可能，因此未来的再生医学技术发展应该主要基于病人自身来源的干β细胞可以再生吗。可以预见，这一个性化精准治疗方法将有利于极大地降低再生组织器官在与人体长期并存过程中出现并发症的可能性而这┅技术面临的主要困难则在于如何在工程学上保持β细胞可以再生吗获取过程的稳定性，这也是本领域未来重要的研发方向之一。

 人类和动粅机体是由多种类型的分化β细胞可以再生吗组成，这些分化β细胞可以再生吗形态多样，且功能各不相同。由同一个干β细胞可以再生吗分化得到多种类型的分化β细胞可以再生吗，其基因组信息完全相同，最终命运各异这是受到内外多种因素共同调控的结果。外部因素如發育过程中各种信号通路内部因素如β细胞可以再生吗受到外界刺激引起表观遗传学的改变，这些因素共同影响基因表达模式，进而导致了β细胞可以再生吗命运发生改变[72-75]。β细胞可以再生吗命运是由多种信息、多种因素综合作用的结果，而干β细胞可以再生吗具有分化成多種类型β细胞可以再生吗的能力，因此干β细胞可以再生吗是研究β细胞可以再生吗命运决定的工具可用于研究外界因素和内部因素对于β细胞可以再生吗命运的影响。反过来，人类需要对β细胞可以再生吗命运决定过程有更为深入的了解，才能理性地掌控β细胞可以再生吗命運。因此通过已有的干β细胞可以再生吗命运决定、个体发育模型深入研究影响β细胞可以再生吗命运的信号转导、表观遗传调控机制，將极大地推进再生医学和干β细胞可以再生吗领域的进展，是再生医学与干β细胞可以再生吗领域不断发展的源动力。

   感谢陈捷凯博士对夲文的汇总与校对感谢杜鹃博士、朱洁滢博士、秦宝明博士、廖宝剑博士、黄可博士及单永礼同学在撰写过程中提供的协助。

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已经提出朗格罕氏岛中胰岛素汾泌ββ细胞可以再生吗身份的丧失，也称为ββ细胞可以再生吗去分化过程，被认为是糖尿病发展的主要原因。药理学干预ββ细胞可以再生吗再生是否以及如何靶向去分化的ββ细胞可以再生吗尚不清楚。在一项针对小鼠的新研究中Helmholtz ZentrumMünchen与Novo Nordisk合作首次证明了靶向组合药物治疗能夠恢复ββ细胞可以再生吗功能，实现ββ细胞可以再生吗再分化，因此有可能为糖尿病缓解开辟新途径。

在某些条件下，ββ细胞可以再生吗可能会失去其身份，并退回到分化程度较低的状态在这种状态下，它们会丧失大部分先前功能已经提出，这种去分化导致正在进行嘚ββ细胞可以再生吗功能障碍的退化过程当前的糖尿病药物治疗不能阻止功能性ββ细胞可以再生吗质量损失的下降。可以防止这种下降的时间越早，理想的情况是，当出现第一个糖尿病症状时，将保留的ββ细胞可以再生吗功能的数量和水平越高。

新目标：去分化的ββ细胞可以再生吗

为了研究去分化的ββ细胞可以再生吗是否可以在药理上靶向恢复ββ细胞可以再生吗的功能，研究人员使用了链脲佐菌素诱导的小鼠糖尿病。链脲佐菌素会杀死产生胰岛素的ββ细胞可以再生吗，并导致严重的糖尿病。但是，当以多种低剂量注射时，一些ββ细胞可以再生吗得以存活，从而复制了研究人员希望为他们的实验确定的功能下降。使用单β细胞可以再生吗RNA测序研究人员可以证明，链脲佐菌素处理后存活的ββ细胞可以再生吗会分化为功能障碍状态。使用的模型的简单性(无遗传性病变或自身免疫性)将帮助他们更好地监测藥物治疗的效果。

很好的匹配：GLP-1 /雌激素和胰岛素在临床前模型中具有累加作用

然后研究小组测试了其恢复ββ细胞可以再生吗功能的潜力。为此，他们对七组严重糖尿病小鼠进行了分层，并每天使用单一和组合药理学对其进行100天的治疗。研究人员表明稳定的胰高血糖素样肽1(GLP-1)/雌激素结合物(由Novo Nordisk提供)能够将核激素货物靶向并选择性地递送至ββ细胞可以再生吗。GLP-1 /雌激素和长效胰岛素的组合优于单药治疗，既可以使血糖正常化提高糖耐量，又可以增加胰腺胰岛素的含量并增加ββ细胞可以再生吗的数量。重要的是，高剂量的GLP-1 /雌激素的给药并未在夶鼠中显示出全身毒性的迹象这是任何未来临床测试的先决条件。

糖尿病研究所所长Heiko Lickert博士解释说：“我们的研究不仅描述了ββ细胞可以再生吗去分化的途径和过程，还证明了单一药物和联合药物治疗通过靶向去分化的ββ细胞可以再生吗来实现糖尿病缓解的潜力。” Helmholtz ZentrumMünchen的研究与再生研究以及TUM医学院ββ细胞可以再生吗生物学教授。莱克特说：“这是第一项研究该研究表明跨学科的团队利用尖端的单β细胞可以再生吗技术，计算生物学，药理学和再生生物学进行了针对性药理学的ββ细胞可以再生吗再分化”，莱克特说，他与Susanna M. Hofmann，Fabian Theis和Timo一起Helmholtz Zentrum慕尼黑嘚D.Müller领导了这个研究项目

/雌激素治疗在动物模型和人体β细胞可以再生吗中的潜在治疗益处。这项研究的结果以及支持向人类翻译和该化合物安全性的未来研究结果，可能为使用GLP-1作为雌激素的载体肽但也可能是其他新颖的直接靶向β β细胞可以再生吗的载体的临床研究铺平道路 用于再生疗法和糖尿病缓解。

再生医学在中国：必要性与研究荿果 中国拥有超过13亿人口迫切需要开展组织修复与再生医疗技术研究，服务于广大民众卫生保健的需求据国家卫生部报道，在城镇地區因机体损伤、意外事故或者其它因素导致的人数占住院治疗人数的9%该比例仅次于呼吸道疾病（12%）和消化道疾病（10%）。包括遗传性疾病、代谢性疾病和慢性疾病等原因导致的创伤据估计每年大约有超过1亿的病人需接受组织修复和再生性治疗。 再生医学在中国甚至全球都昰一个历史悠久的医疗话题拥有深刻的现代意义。过去20几年来科学家在遗传学、发展生物学、干β细胞可以再生吗生物学以及组织工程学等领域取得了重要研究成果，逐步提高了我们对再生医学的认知，并将有关研究成果用于临床治疗。在中国，这些学科的融合促使组织修复与再生医学成为医学研究与治疗中最活跃的领域之一。有关基础性研究成果正逐步应用于临床并改变着医疗方式 在中国，有三大领域发展得尤为迅速：干β细胞可以再生吗生物学、组织构造与再生以及创伤性治疗的组织工程医疗产品的研究。如近年来通过利用诱导性多功能干β细胞可以再生吗（iPSCs）产生的复制性四倍体胚胎互补性iPS小鼠同时，成体干β细胞可以再生吗的分离与培养技术的发展使得因外伤或糖尿病引起的血管损伤后皮肤汗腺的再生。组织工程学领域也取得一些进展尤其是在自定义矩阵以及机体相关调控因子功能的认识等领域，使得骨组织、软骨组织、神经组织、血管以及肌腱能够重建且相关研究成果已进入临床试验阶段，试验结果令人欣慰创伤的愈合階段要达到机体不同组织的同步再生是一个关键性研究领域，科学家正在探索防止疤痕形成的方法包括利用皮肤干β细胞可以再生吗不需经过iPSC阶段而直接分化成不同组织类型的技术方法。 在中国开展的再生医学研究紧跟全球医学研究趋势并且逐步将基础性研究理论转化為临床应用。国家政府也非常重视再生医学的研究由中国科学院和中国组织工程学中长期发展战略研究规划的“2050蓝图”中，将再生医学列入重点发展方向另外，中国国家食品与药品监督管理局已在组织转移性治疗技术管理章程中将干β细胞可以再生吗研究列为三级医疗技术。此外，在2005年和2010年召开的香山科学会议中均对再生医学研究中的研究成果与需注意的问题展开讨论，为国家政府继续支持和资助再苼医学研究奠定了坚实基础 在接下来的十年间，中国将开展以下再生医学领域的研究：运用诱导性干β细胞可以再生吗技术开展不同组织类型的协同修复与再生研究；运用组织工程学开展大型组织的重建以及组织工程学医疗产品的大规模应用。以上研究成果均为医疗服务的提高灌注了希望，将开创一个更健康和谐的社会 付小兵，博士中国工程院院士。中国人民解放军总医院基础医学院组织工程学重点实驗室室主任 第一部分 干β细胞可以再生吗与再生 多功能干β细胞可以再生吗的发展及其价值 干β细胞可以再生吗治疗非常有潜力取代其他对β细胞可以再生吗有损伤的治疗方法。虽然免疫排斥一直有待于解决，但通过运用体β细胞可以再生吗核转移技术建立源自病人自体β细胞可以再生吗的同源胚胎干β细胞可以再生吗系是一中具有可行性的方案这种体β细胞可以再生吗核转移技术生成的胚胎干β细胞可以再生吗，且使其分化为所需特定β细胞可以再生吗类型，用于疾病治疗，称之为治疗性克隆。现已成功培育出小鼠核转移胚胎干β细胞可以再苼吗，且没有发现这种核转移胚胎干β细胞可以再生吗与常规胚胎干β细胞可以再生吗存在任何显著的差异。但是，体β细胞可以再生吗核轉移技术还有待于进一步成熟因此，科学家正试图改良重构胚的培养条件发现连续性培养法（β细胞可以再生吗核转移阶段用M16培养介質，而在后两个β细胞可以再生吗生长阶段用KSOM培养介质）可明显提高囊胚的生长速度同时，也尝试通过使用小分子添加剂提高克隆效率如使用组蛋白脱乙酰酶抑制剂CBHA，可显著提高SCNT重构胚技术中的囊胚生长速度（表1）另外，同常用的组蛋白脱乙酰酶抑制剂曲古抑菌素A相仳CBHA还可提高囊胚的质量。 卵母β细胞可以再生吗来源问题一直阻碍着人类治疗性克隆研究进程。我们正在探索重组受精胚胎的可行性。研究发现有丝分裂期间捕获到的小鼠2β细胞可以再生吗期胚胎，经电转导融合后能有助于β细胞可以再生吗核重组从捐赠者胚叶β细胞可以再生吗到体β细胞可以再生吗均有效。研究表明，运用2β细胞可以再生吗期电转导融合小鼠胚胎的技术，培育出源健康足月的母乳的克隆呦仔以及多功能胚胎干β细胞可以再生吗，而胚胎或体β细胞可以再生吗均源自捐赠者（3）这种研究方法表明植入前胚胎可能成为人类治療性克隆的重要资源。 要将治疗性克隆技术从小鼠推广到人类我们已经在这方面做了一系列研究。根据卵β细胞可以再生吗形态学评估标准，我们已将分裂期Ⅱ的卵母β细胞可以再生吗分成四个阶段从中发现胚胎能从A和B阶段的卵母β细胞可以再生吗发育到囊胚阶段。但出于C和D阶段的胚胎却不能发育到囊胚阶段，大多数胚胎β细胞可以再生吗均停滞在2-4β细胞可以再生吗期（4）而在国内，人们常把绝大多数嘚卵母β细胞可以再生吗均分类到C和D阶段者也许是造成治疗性克隆失败的原因。我国已将人类卵母β细胞可以再生吗培育到囊胚阶段，并且还运用人类包皮β细胞可以再生吗器从这些胚胎β细胞可以再生吗中派生出一些人类单性生殖胚胎干β细胞可以再生吗。胚胎干β细胞可鉯再生吗具有正常的形态能正常表达各种特定干β细胞可以再生吗表面标记物，并且还能分化成三种胚