2012年10月31日 电 /生物谷BIOON/ --伊利诺依大学王霏教授和他的同事李栋（生物谷专访李栋博士）等人建立了一个新的方法来研究造血干细胞向成熟白细胞分化，而后者对于机体防御外界感染或者损伤的免疫系统非常重要。这个技术为我们提供了一个新的视觉来研究髓系细胞分化的分子机制，有助于我们对于髓系细胞疾病如白血病的认识和处理。该项成果发表于10 月18 日的BLOOD上。
髓系干细胞一般来自于骨髓，会终末分化为白细胞，比如中性粒细胞等。如果在这个分化过程中发生障碍，就会导致血液疾病，比如白血病等。通常情况下，从事髓系细胞分化的研究人员在研究髓系分化时，会直接从动物身上取材，或者将白血病肿瘤细胞转化到其早期的髓系干细胞状态。因为原始髓系细胞难于方便取材、持续培养和后期研究操作，而肿瘤来源的细胞又往往具有基因突变，这些使得研究具有一些不确定性。上述研究系统的一些不足，促使王教授以及其同事去寻找一种更好方法来研究髓系细胞分化的机制。
王教授以及其同事开始以老鼠胚胎干细胞为工具来研究髓系细胞分化。"以胚胎干细胞来研究血液细胞的分化，是一个非常好的模型。"李栋博士说："但是目前的研究现状表明，就以相对比较容易操作的老鼠胚胎干细胞为例，这也是一个比较耗时（最快也要2-3周时间），昂贵（因为在诱导分化的不同阶段，需要添加多种外源细胞因子）的试验过程，而且最后得到成熟白细胞的产量还很低，远远不能满足对于分化机制研究的细胞量的要求。" 为此，李栋和研究组人员开始把老鼠胚胎干细胞诱导分化为髓系造血干细胞，他们在这些髓系造血干细胞中表达一种外源性蛋白HOXB8, （后者已经被用于永生化髓系干细胞，而且这种外源性蛋白是可以人为调控的）从而使这些细胞得以永生化。这些细胞增殖迅速，几天之内就可以获得所需细胞量，分化时间短，只要终止HOXB8表达的同时，使用微量的G-CSF（一种诱导白细胞分化的细胞因子）刺激，一般只要4-6天就可以得到大量成熟的中性粒细胞。
"这确实简化了整个系统：第一，我们不再需要从动物或者人体取材了；第二，我们永生化这些细胞后，培养操作简单，而且细胞保持了遗传学的稳定。"王教授说道。
大家知道蛋白激酶对于细胞增殖、细胞分化、免疫反应非常重要。研究者设计了一定数量的蛋白激酶抑制剂筛查试验，试图通过利用蛋白激酶抑制剂处理他们永生化的细胞，来找出一些在髓系细胞分化中起作用的潜在因子，并在此基础上来研究髓系细胞分化的机制，以此证明他们这个方法的有效性和实用性。
通过筛查，发现mTOR 的抑制剂会影响髓系细胞的分化，表明它是分化过程中的一个关键因子。进一步的实验表明mTOR 对于髓系细胞的分化非常重要。王教授说，"这是首次揭示这个分子在髓系分化中起重要作用，同时也证明该新技术对于将来研究正常或者异常髓系细胞分化都是非常有用的工具。""利用这个系统，我们可以通过对细胞进行一些遗传特性改变，来分析正常髓系细胞的分化进程，以及发现一些异常改变而导致疾病，比白血病等。人们可以利用这个平台来进行大规模的药物筛查，发现一些潜在的促进髓系分化、减缓或者阻止髓系疾病的发生的药物等。"（生物谷Bioon.com）
DOI:10.1182/blood-2012-03-414979
PMC:
PMID:
Identification of key regulatory pathways of myeloid differentiation using an mESC-based karyotypically normal cell model
Dong Li1, Hong Yang1, Hong Nan1, Peng Liu2, Sulei Pang2,Qian Zhao3, Rotem Karni4, Mark P. Kamps5, Yuanfu Xu2, Jiaxi Zhou2,Therese Wiedmer6, Peter J. Sims6, and Fei Wang1,*
Understanding the process of myeloid differentiation offers important insights into both normal and abnormal developmental processes, but is limited by the dearth of experimental models. Here we show that myeloid progenitors can be derived from embryonic stem cells (ESCs), immortalized, and applied to the study of the mechanisms underlying myeloid differentiation. The ESC-derived myeloid progenitors, when immortalized with estrogen-regulated Hoxb8 protein (Hoxb8-ER), demonstrate normal karyotyping, are genetically tractable, and can be differentiated into functional neutrophils. By using this model, we identified Mammalian Target of Rapamycin Complex 1 (mTORC1) as a critical regulator of myeloid differentiation. Together, our studies led to a convenient, karyotypically normal and genetically manipulatable cellular system, which can be used to shed new light on the mechanisms for myeloid differentiation
