IF:16.588|Laminins在細胞分化中的作用
1.Laminin和干細胞微環(huán)境
細胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子是干細胞分化的重要調(diào)節(jié)因子，但細胞外成分如生長因子、激素和細胞外基質(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)功能以及對細胞分化機制影響的研究。
▲圖1.多能性胚胎干細胞(ESCs)分化為三個生殖層和一些特殊細胞類型。
▲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)干細胞微環(huán)境（Stem Cell Niches）中，細胞位于其他hESCs或與ECM蛋白相互作用的體細胞附近，后者也可以支持細胞表型。
Laminin影響干細胞和其他細胞的機制非常復(fù)雜，但它們涉及到與相鄰細胞質(zhì)膜蛋白的相互作用�；贚aminin的干細胞培養(yǎng)分化方案，化學(xué)成分確定，無異源成分，在單細胞培養(yǎng)時不需要抗凋亡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)生干細胞來源的細胞用于細胞治療的角度來看，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（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)外胚層來源細胞
神經(jīng)外胚層來源的細胞譜系，主要通過來自成纖維細胞生長因子（FGF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（ΒMP）、Wnt和激活素/結(jié)節(jié)的生長因子信號通路產(chǎn)生視網(wǎng)膜RPE細胞和光感受器。對這些信號通路的理解已成功地應(yīng)用于以干細胞為基礎(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，促進了胚胎干細胞向中腦祖細胞的分化。多巴胺能（Dopamine，DΑ）神經(jīng)元細胞在LN111上的產(chǎn)量比最初的研究級分化方案提高了40倍。這種方法已經(jīng)被EMΑ批準用于生產(chǎn)GMP級hESCs用于治療帕金森病。
目前成功促進RPE分化的方案通常是含異源動物成分，成分不明確，例如在含有明膠、膠原、Matrigel和血清的異源動物材料上進行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物成分。目前在不同的眼球?qū)又邪l(fā)現(xiàn)了七個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可以體外擴增人角膜緣上皮祖細胞。人重組Laminin LN332促進hiPSCs向角膜上皮細胞分化。此外，全長重組LN521支持hESCs向角膜緣上皮干細胞的分化。
對非人類靈長類動物胰島中不同Laminin亞型的篩選證實，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胰島細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。已有報道，LN521和LN521:LN111的組合（1:3的比例）可以促進hPSC分化為肝細胞樣細胞（Hepatocyte-like Cells，hLCs），hLCs具有成熟肝細胞特征和基因表達譜。在另一項研究中，LN511:LN111（1:3）可以支持hPSCs分化為肝母細胞樣細胞（Hepatoblast-like Cells）。經(jīng)長期培養(yǎng)，這些肝母細胞樣細胞能夠在LN111單獨作用下維持其自我更新能力，并有可能進一步分化為hLCs和膽管細胞樣細胞。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)生過程中主要表達的單向發(fā)育表達譜
總結(jié)
Laminin真的是小身材大作用，既能促進hPSCs的克隆形成及擴增，又能支持干細胞分化為多種細胞類型，Laminin支持的分化方案重復(fù)性高，可建立化學(xué)成分確定，無異源動物成分體系，這是制備治療性干細胞來源細胞的前提。
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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