中科院裴端卿、蔡景蕾研究团队报道多能性干细胞神经向分化的新方法学术资讯

随着我国逐渐进入老龄化社会，神经系统疾病的发病率也逐年增加。近年来，随着再生医学技术的发展，以干细胞为基础的神经再生模型，为神经系统相关疾病的治疗开发了新的研究方向。特别是胚胎干细胞技术和诱导多能干细胞技术，由于胚胎干细胞和诱导多能干细胞本身分化能力较强，可有效再生神经前体细胞，为体内移植治疗模型建立了重要的技术方法。

目前，神经前体细胞分化效率低、分化过程耗时长，是这些方法临床转化的瓶颈问题。尽管个别团队报道了高效的神经分化模型，但是需要加入多种细胞因子或化合物诱导，这给该技术的临床转化增加了难度。

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院裴端卿、蔡景蕾研究团队在Science China Life Sciences 发表了题为"Efficient induction of neural progenitor cells from human ESC/iPSCs on Type I Collagen"的研究论文，报道了一种多能性干细胞向神经前体细胞分化的新方法。

该研究发现：在传统神经分化过程中，多能性干细胞的培养基质Matrigel，可能是限制多能性干细胞神经分化的重要因素。如果把Matrigel替换为I型胶原，多能性干细胞可7天之内，高效分化为神经前体细胞（分化效率在70%以上），形成典型的神经花环样结构，该过程只需要简单的N2培养基，而且不需要加入其他小分子化合物和细胞因子（图1）。

图1. 多能性干细胞在I型胶原上进行神经分化的过程

另一方面，如果依然采用简单的N2培养基，在不加入任何小分子或细胞因子的条件下，仍然以Matrigel作为包被基质，多能性干细胞更倾向于向上皮样细胞分化，而并非神经向分化，也无法有效形成神经花环样结构（图2）。

图2. 多能性干细胞在Matrigel上的分化过程

通过RNA-seq和ATAC-seq技术，该研究团队对不同分化条件（I型胶原和Matrigel）下的基因表达及染色质 “打开”和“关闭”情况进行了分析，结果表明：在分化过程中，如果采用I型胶原作为分化铺板介质，多个促进神经分化的转录因子，例如：SOX2、SOX3、AP1等，其染色质均处于“打开”状态，同时这些基因表达逐渐上调；而在用Matrigel作为分化铺板介质时，许多中胚层转录因子，例如：GATA3、ISL1、AP2等，其染色质处于“打开”状态，同时这些基因表达也逐渐上调。因此，采用不同的分化培养介质，将会对多能性干细胞的细胞命运有着重要的决定作用。