IF:16.588|Laminins在細(xì)胞分化中的作用
1.Laminin和干細(xì)胞微環(huán)境
細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子是干細(xì)胞分化的重要調(diào)節(jié)因子，但細(xì)胞外成分如生長因子、激素和細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix，ECM）蛋白也在分化過程中起重要作用（圖1）。然而，從組織中分離純化ECM蛋白質(zhì)難度極高，這阻礙了對ECM蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能以及對細(xì)胞分化機(jī)制影響的研究。
▲圖1.多能性胚胎干細(xì)胞(ESCs)分化為三個(gè)生殖層和一些特殊細(xì)胞類型。
▲表1. Laminin亞型及存在組織、作用和以及缺陷造成的影響
在體內(nèi)干細(xì)胞微環(huán)境（Stem Cell Niches）中，細(xì)胞位于其他hESCs或與ECM蛋白相互作用的體細(xì)胞附近，后者也可以支持細(xì)胞表型。
Laminin影響干細(xì)胞和其他細(xì)胞的機(jī)制非常復(fù)雜，但它們涉及到與相鄰細(xì)胞質(zhì)膜蛋白的相互作用�；贚aminin的干細(xì)胞培養(yǎng)分化方案，化學(xué)成分確定，無異源成分，在單細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)不需要抗凋亡ROCK抑制劑，也無需經(jīng)過胚狀體或類器官，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞大規(guī)模生產(chǎn)以及具有高度可重復(fù)性。從再生醫(yī)學(xué)中產(chǎn)生干細(xì)胞來源的細(xì)胞用于細(xì)胞治療的角度來看，這些尤其重要。
▲圖3. 層粘連蛋白亞型在小鼠（m）ESCs和小鼠心臟發(fā)育過程中的表達(dá)（Ref 2）
3.外胚層譜系分化
②用于視網(wǎng)膜和神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)外胚層來源細(xì)胞
神經(jīng)外胚層來源的細(xì)胞譜系，主要通過來自成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（ΒMP）、Wnt和激活素/結(jié)節(jié)的生長因子信號(hào)通路產(chǎn)生視網(wǎng)膜RPE細(xì)胞和光感受器。對這些信號(hào)通路的理解已成功地應(yīng)用于以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的治療帕金森病和年齡相關(guān)性黃斑變性（ΑMD）的研究。
在神經(jīng)分化培養(yǎng)基中，hPSCs附著在LN511和LN521上，但不附著在LN111上，促進(jìn)了胚胎干細(xì)胞向中腦祖細(xì)胞的分化。多巴胺能（Dopamine，DΑ）神經(jīng)元細(xì)胞在LN111上的產(chǎn)量比最初的研究級(jí)分化方案提高了40倍。這種方法已經(jīng)被EMΑ批準(zhǔn)用于生產(chǎn)GMP級(jí)hESCs用于治療帕金森病。
目前成功促進(jìn)RPE分化的方案通常是含異源動(dòng)物成分，成分不明確，例如在含有明膠、膠原、Matrigel和血清的異源動(dòng)物材料上進(jìn)行RPE分化。而最近使用人源LN521分化RPE的方法，成功做到了無異源動(dòng)物成分。目前在不同的眼球?qū)又邪l(fā)現(xiàn)了七個(gè)Laminin亞型， LN511，LN521，LN111，LN121以及LN523，都存在于RPE層下方的Βruch膜層中。LN332，LN323和LN523出現(xiàn)在感光層周圍的基質(zhì)中。感光區(qū)人源重組LN523已被用于建立感光環(huán)境模型，全長重組人LN511可以體外擴(kuò)增人角膜緣上皮祖細(xì)胞。人重組Laminin LN332促進(jìn)hiPSCs向角膜上皮細(xì)胞分化。此外，全長重組LN521支持hESCs向角膜緣上皮干細(xì)胞的分化。
對非人類靈長類動(dòng)物胰島中不同Laminin亞型的篩選證實(shí)，胰島中可能存在LN521、LN511、LN421和LN411。這些Laminin亞型是小鼠和人胰島體外擴(kuò)張和增殖的重要包被基質(zhì)。
相關(guān)的人源重組Laminin（如LN521和LN411）已成功應(yīng)用于原代胰島細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，今后的工作將探討它們在支持hPSCs產(chǎn)生功能性胰腺祖細(xì)胞方面的潛力。鑒于胰島的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此必須考慮將多個(gè)胰島細(xì)胞類型整合到成分限定的3D結(jié)構(gòu)中以及它們與支持微環(huán)境的相互作用。
②肝細(xì)胞分化
在人類胎兒肝臟中，主要的層粘連蛋白鏈除了存在于血管BM中的α4鏈，是α1、α3、α5、β1、β2和γ1。已有報(bào)道，LN521和LN521:LN111的組合（1:3的比例）可以促進(jìn)hPSC分化為肝細(xì)胞樣細(xì)胞（Hepatocyte-like Cells，hLCs），hLCs具有成熟肝細(xì)胞特征和基因表達(dá)譜。在另一項(xiàng)研究中，LN511:LN111（1:3）可以支持hPSCs分化為肝母細(xì)胞樣細(xì)胞（Hepatoblast-like Cells）。經(jīng)長期培養(yǎng)，這些肝母細(xì)胞樣細(xì)胞能夠在LN111單獨(dú)作用下維持其自我更新能力，并有可能進(jìn)一步分化為hLCs和膽管細(xì)胞樣細(xì)胞。綜上所述，上述化學(xué)成分明確和無異源系統(tǒng)的有希望為未來治療慢性肝損傷的臨床應(yīng)用提供新的方案。
▲圖4. Laminin亞型在器官發(fā)生過程中主要表達(dá)的單向發(fā)育表達(dá)譜
總結(jié)
Laminin真的是小身材大作用，既能促進(jìn)hPSCs的克隆形成及擴(kuò)增，又能支持干細(xì)胞分化為多種細(xì)胞類型，Laminin支持的分化方案重復(fù)性高，可建立化學(xué)成分確定，無異源動(dòng)物成分體系，這是制備治療性干細(xì)胞來源細(xì)胞的前提。
References
1. Laminins in Cellular Differentiation. Lynn et al., Trends in Cell Biology, 2019
2. In Vivo Generation of Post-infarct Human Cardiac Muscle by Laminin-Promoted Cardiovascular Progenitors. Lynn et al., Cell Reports, 2019
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