第 662 期

研究發展
人類多功能幹細胞之間葉幹細胞透過骨架重組增強神經分化的能力
NHRI researchers report human pluripotent stem cell - derived mesenchymal stem cells show potent neurogenic capacity which is enhanced with cytoskeletal rearrangement


間葉幹細胞(mesenchymal stem cells, MSCs)為具有免疫調節特性之組織幹細胞(somatic stem cells),是硬骨、軟骨及脂肪組織的幹細胞,在特定的調控下可分化為神經細胞。目前MSCs最常見的來源為從成體的骨髓(bone marrow MSCs, BMMSCs)及脂肪分離,但成體來源的幹細胞數目稀少,需要體外大量繼代培養才可有足夠的數量進行臨床應用,而在體外培養時會造成成體細胞的老化。人類多功能幹細胞(human pluripotent stem cells, PSCs)包含人類胚胎幹細胞(human embryonic stem cells, hESCs)及誘導性幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs),提供兩全其美的MSCs來源。多功能幹細胞為分化能力最廣的幹細胞,增生能力也最好,但如未分化就應用,會有形成畸胎瘤(teratoma)的疑慮。PSCs如分化成間葉幹細胞(PSC-MSCs),並不會有形成腫瘤的問題,但增生能力卻可保留,且PSC-MSCs為發育階段最早期的間葉幹細胞,與成體間葉幹細胞比較可能會有更廣泛的分化潛力。

本院細胞及系統醫學研究所顏伶汝研究員及其研究團隊發現,PSC-MSCs較出生後的(post-natal)MSCs具有更強的神經分化能力;與骨髓間葉幹細胞(bone marrow MSCs)相較,PSC-MSCs高度表現神經幹細胞(neural stem cells)相關的基因及轉錄因子,且透過神經分化培養液(neurogenic differentiation medium, NDM)或抑制細胞骨架調控激酶蛋白(ROCK),能迅速分化成似神經細胞(neural-like cell)(圖一)。最重要的是,當在NDM狀態下同時抑制ROCK,造成細胞骨架重組,PSC-MSCs可分化成較後期神經細胞,此細胞具有有絲分裂後期神經細胞(post-mitotic neurons)特徵,包括細胞核縮小,樹突的延展及表現特定神經前驅細胞(neuron-restricted progenitor)基因,如NeuN、β-III-tubulin和Doublecortin(圖二) 。


圖一:在PSC-MSCs中,抑制ROCK激酶蛋白經細胞骨架重組造成似神經細胞形態
(左)control;(中)neurogenic differentiation medium;(右)serum free + Y27632 (ROCK inhibitor)。
Scale bar: 20μm.



圖二:PSC-MSCs 在神經分化培養液中,抑制ROCK作用,更能促進神經分化
Nestin(綠色螢光);Doublecortin(紅色螢光);Y (Y-27632, ROCK inhibitor);NDM (neurogenic differentiation medium);SF+Y (serum free+Y-27632)。
Scale bar: 20μm.


此研究為第一篇論文應用生技醫藥國家型科技計畫(NRPB)補助之人類疾病誘導型多潛能幹細胞服務聯盟資源中心(Human Disease iPSCs Service Consortium)所建立的iPSCs細胞株。此資源中心的目標為建立及提供本土之人類iPSCs,應用於相關研究及建立iPSCs測試疾病及藥物之平台,以及研究幹細胞治療之細胞。本研究結果顯示,PSC-MSCs具有分化成神經細胞的高度潛力,對於神經退化性疾病治療提供希望。此研究發表在今年6月的Oncotarget期刊(2016 Jun 11. doi: 10.18632/oncotarget.9947.)。
《文/圖:細胞及系統醫學研究所顏伶汝研究員、彭凱彥博士班學生》