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免疫细胞关闭的逆转可保护衰老的大脑
已经发现称为巨噬细胞的免疫细胞在衰老过程中会关闭主要的代谢途径。在这些细胞中恢复新陈代谢足以缓解小鼠与年龄相关的认知能力下降。 乔纳斯·尼赫（Jonas J.Neher） 几乎在每个组织中都发现了被称为巨噬细胞的免疫细胞，对于维持器官健康和为抵抗致病生物提供第一道防线至关重要。巨噬细胞被激活后，其能量需求将急剧增加，因此它们会重新平衡或增强其两个主要的能量产生代谢途径（糖酵解和氧化磷酸化），从而迅速促进有效的免疫反应1。Minhas等人在《自然》中撰文。2报告指出巨噬细胞会在衰老过程中关闭这些代谢途径，严重损害巨噬细胞功能，进而损害大脑健康。这项工作不仅对保持衰老过程中的脑部健康有影响，而且对诸如阿尔茨海默氏病或败血症等可能适应不良的巨噬细胞状态很常见的疾病也有影响。 随着年龄的增长，大多数人都会出现慢性低度炎症3。一种不仅在衰老4期间而且在神经退行性疾病5期间都升高的炎症信号蛋白是前列腺素E 2（PGE 2）。Minhas等。着手研究PGE 2是否可能引起巨噬细胞与年龄相关的变化。有趣的是，作者们发现人和小鼠巨噬细胞自身中PGE 2的产量增加了，无论是在大脑还是在身体的其他地方（外围）。这导致了PGE 2的激活受体蛋白EP2在细胞中，进而导致抑制氧化磷酸化和糖酵解。产生的能量不足状态既限制了巨噬细胞的有益功能，又增加了炎症。 为了确定这些变化是否会引起与年龄相关的认知功能障碍，作者研究了一种小鼠品系，其中EP2受体水平仅在人体和大脑的巨噬细胞中降低，并用EP2抑制剂治疗了小鼠。令人惊讶的是，在两种情况下，EP2抑制都能使巨噬细胞的新陈代谢恢复到年轻的水平，减少了周围和大脑的炎症，并减轻了认知能力下降（图1）。这些结果表明（至少在小鼠中）衰老过程中的巨噬细胞功能障碍会影响大脑健康，并且可以通过逆转细胞中的代谢关闭来恢复正常的细胞功能。 图1 逆转衰老巨噬细胞的代谢关闭。被称为巨噬细胞的免疫细胞遍布全身（外围）和大脑，在大脑中被称为小胶质细胞。一，Minhas等。2报告指出，在衰老过程中，外周巨噬细胞和小胶质细胞产生更多的蛋白质前列腺素E2（PGE 2），该蛋白与细胞膜上的EP2受体结合。他们证明该信号通路的激活导致细胞中的代谢功能障碍，从而导致全身性慢性炎症和认知能力下降。b，作者以两种方式抑制EP2受体。首先，他们采用遗传学方法降低巨噬细胞和小胶质细胞中的EP2水平。其次，它们在药理学上抑制受体，但仅在外周。在这两种情况下，EP2抑制都能改善外周巨噬细胞和小胶质细胞的代谢功能，减少炎症并恢复认知能力。EP2的外周抑制导致小胶质细胞改变的机制尚不清楚（虚线箭头）。 Minhas和他的同事继续深入研究了老年巨噬细胞的新陈代谢。他们发现，相比于使用葡萄糖通过糖酵解或氧化磷酸化产生能量，这种巨噬细胞更倾向于以糖原（一种大的葡萄糖聚合物）的形式进行能量存储。尽管糖原通常用作燃料储备，但衰老的巨噬细胞尽管处于能量不足状态，但似乎并未使用该储备。 目前尚不清楚为什么衰老的巨噬细胞会储存额外的糖原，但树突状细胞（一种相关的细胞类型）会利用它们的糖原储备来促进其最早的炎症反应6。因此，可以想象衰老的巨噬细胞增加了糖原的储存，因此它们在急性炎症激活过程中可以增强免疫反应。与这个想法一致，众所周知，老化的小胶质细胞（脑巨噬细胞）已被引发-即，与年轻的小胶质细胞相比，对炎症的反应更加强烈7。Minhas和他的同事没有直接分析糖原存储量的增加是否能引发小胶质细胞启动。但是，这种可能性肯定值得研究，因为一些证据表明，老年大脑中加剧的免疫反应会导致神经退行性疾病7。 值得注意的是，也有证据表明小胶质细胞代谢功能异常在脑部疾病，尤其是阿尔茨海默氏病中起作用。在小胶质细胞受体蛋白TREM2中携带突变的人患阿尔茨海默氏症的风险增加了数倍。在小鼠中，TREM2缺乏会导致小胶质细胞代谢的破坏和阿尔茨海默氏病的恶化8。此外，小胶质细胞长期暴露于聚集的淀粉样β蛋白，这是阿尔茨海默氏病的标志，导致小鼠这些细胞中氧化磷酸化和糖酵解的分解9。在这两种情况下，增强小胶质细胞新陈代谢都会在小鼠模型中导致较轻度的阿尔茨海默氏病。 在败血症（一种因感染引起的过度炎症导致的疾病）中，PGE 2的水平也会增加9，长期的认知缺陷通常会发展7。在此，巨噬细胞进入一种称为免疫麻痹状态，其特征还在于通过两个氧化磷酸化的抑制和糖酵解1，10。因此，在脓毒症或衰老和神经退行性疾病期间巨噬细胞的细胞关闭可能分别是对过度或慢性免疫刺激的反应。从进化的角度来看，这种适应将是有益的，因为它将保护有机体免受可能引起组织损伤的过度活跃的免疫反应。但是，在生物体衰老的情况下，它似乎使大脑容易出现功能障碍甚至变性。在这些不同条件下，巨噬细胞免疫状态是否确实相似尚待研究。 Minhas和他的同事研究的另一个有趣的方面是发现，即使EP2抑制作用仅限于老年小鼠的周围（使用无法进入大脑的物质），大脑炎症也可以逆转并且认知功能得以恢复（图1）。 。这证实了先前的发现，即在大脑外部产生的免疫信号会影响小胶质细胞11，并且在败血症10之后和在阿尔茨海默氏病小鼠模型9中的小胶质细胞刺激大脑外部免疫细胞可以部分恢复外周巨噬细胞的代谢和功能。因此，越来越多的证据表明，在小鼠中，即使在疾病和衰老过程中，巨噬细胞仍对免疫刺激保持反应。 下一个挑战将是证明这种巨噬细胞可塑性也将在人类更长的寿命结束时得以保留，并且PGE 2 -EP2途径与人脑衰老和疾病有关。此外，在衰老动物中诱导最初的小胶质细胞关闭或使小胶质细胞恢复到年轻状态的免疫信号仍然未知。对它们的鉴定可以导致治疗多种疾病的治疗方法。 点击：查看更多生物学文章 查看更多医学文章 使用文档翻译功能 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于：nature
2021-01-29 19:36:47
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染色体如何进化以创造新的生命形式
染色体如何进化以创造新的生命形式约翰·休伊特（Phys.org） 贷方：PNG / CC0公共领域 3-D打印是一种通用过程，从某种意义上说，可以在CAD程序中绘制的几乎所有零件都可以被打印，至少在一定分辨率下即可。在铣床或车床上加工零件时，虽然具有更高的精度和材料选择的优势，但它的通用性略差一些，因为从理论上讲，许多可能的设计都无法进行加工。可以轻松地打印空心球，但是永远不能将球作为一个零件铣成空心球，除非您碰巧拥有一个可以装进球内的铣床。但是生物部分和整个动物呢？从设计的角度来看，增长有多普遍？我们在这里真正要问的是：遗传密码在确定可行和富饶的身体计划的能力方面有多普遍？昨天，我们讨论了一个名为“盒子里的基因组”的新项目，该项目旨在创建人工染色体从头开始，从原始的遗传序列开始，然后添加适当的组织蛋白以创建完整染色体的合理传真。这项工作的主要挑战之一是在正确的位置获得较大的结构，即所谓的拓扑关联域（TAD）。提出的问题是，是否可以在DNA中完全编码任何任意生物，例如龙。如果可以的话，那么染色体会是什么样子，此外，是否可以有不同的方法来编码同一生物？不幸的是，我们在化石记录中与龙（可能是已灭绝的翼龙或Brontornis的“恐怖鸟”）最接近的近似，并没有易于测序的基因组。但是，我们确实有足够的序列数据来寻找可能是其次的最佳选择，即它们的羽毛后代。除了原始序列之外，就基因组如何禁止真正的动物而言，我们真正想知道的是基因组如何变化以演化出新的形式。现已广为人知的是，简单的碱基对突变或表观遗传修饰可以微调次要物种的偶然性，例如着色，寄生虫抗性以及对温度或海拔高度的环境适应性。但是，真正的物种形成事件（那些冒犯他人的行为使代码从传统的人体计划中彻底脱离出来的重大侮辱）通常需要对核型进行更大的调整。换句话说，任何当前稳定的染色体表都必须通过重大的断裂，融合，倒位或重复来充分扰动，以使物种分叉。如果足够重要，那么这些过程可能会导致通用配伍性的丧失，其中所有新生成的后代不一定都能与所有其他新后代成功配对。在这种情况下，与亲本基因组的局部回交事件可能产生具有新物种身份的最小后代存活子。为了研究禽类基因组的进化，这只鸡被证明是无价之宝。由于它们的卵大且容易获得，因此小鸡也为发育研究提供了很好的模型。鸡基因组知识的一项非常实用的应用是通过工业化创造雏鸡，这些雏鸡很容易通过其羽毛的颜色进行性别鉴定。顺带一提，中国鸟类基因组的学生们决定深入研究鸭的基因组，因为用他们自己的话说，北京烤鸭令人赞叹。杭州浙江大学的研究人员在最近发表在《Gigascience》杂志上的论文中报道了整个鸭基因组及其所有相关TAD区的新图谱。就鸟类而言，鸭子基因组一方面介于雏鸡基因组之间，另一方面介于e基因组之间。就核型如何进化而言，真正重要的是性。换句话说，潜伏在大物种形成事件的起源后面的坚韧不拔的细节往往围绕着性染色体的细节。这些细节包括哪些常染色体片段融合在新的性染色体中，它们相对于互补序列的相对大小，其数目，假基因含量，重复区域和重组程度。就鸭子而言，性染色体不像鸡那样高度异质，也不像the一样完全同质。北京鸭的单倍体基因组约为1.4 Gb，其核型为9对大染色体（chr1-chr8，chrZ / chrW）和31对微染色体（chr9-chr39）。这些规格与大多数哺乳动物的规格有很大不同，但对于鸟类而言却是相当典型的。总基因组较小，Z / W性别决定系统和大量微型染色体也是有时在其他物种（如爬行动物，也许还有一些恐龙）中发现的特征。应该注意的是，鸟和蛇的Z / W是无关的，它们是从不同的常染色体进化而来的。Z / W系统不同于X / Y和X0系统，在X / Y和X0系统中，精子具有性别决定权。卵子控制着Z / W系统中的性别，其中雄性是同配性（Z / Z），雌性是异配性（Z / W）。Z染色体比W染色体更大，并且具有更多的基因，很像XY系统中的X染色体。奇怪的是，雄鸟是五颜六色的展示型，而雌鸟则通常更暗，更大。由于在禽类Z / W和哺乳动物X / Y染色体之间没有共享的基因，因此这两个系统可能共享一个共同的祖先，从而可以独立进化。Z染色体具有比人类X或Y染色体更能代表人类9号染色体的特征。对染色体如何进化的更多了解可能需要更仔细地观察系统的某些更极端点，例如鸭嘴鸭嘴兽。这种最极端的海狸鸟哺乳动物具有五对独立的XY染色体对，与海狸或鸭没有直接关系。在雄性生殖细胞减数分裂中，鸭嘴兽的性染色体形成一条由同源区域连接在一起的链，这些区域最终分离为XXXXX精子和YYYYY精子。该链中最鸟状的一对具有Z染色体特征，出现在链的相反两端。Z同源性较低的其他片段散布在X3和X5染色体上。从对鸭嘴兽和棘足动物基因组的最新研究中，研究人员能够推断出，我们自己的X染色体源自原始有锡安纳人X染色体与有袋动物分叉后的常染色体区域的融合。和鸟类一样，我们的性染色体是通过逐步抑制常染色体中的重组而形成的。该过程导致性别确定区域之间成对序列发散的模式，被称为“进化层”。基因组领域的另一个有用的关键点是澳大利亚肺鱼。最近的研究表明，它的基因组长超过430亿bps（比人类大14倍），使其成为已知的最大基因组。许多肺鱼染色体每个都比我们自己的整个基因组大。有较大的基因间区域和具有较高LINE元素重复含量（约90％）的内含子，与四足动物的内含子比射线鳍鱼的内含子更为相似。似乎肺鱼基因组仍在增长，并在其活跃的转座因子位点上不断扩展。由于肺鱼的身体计划代表着脊椎动物进化的主要转变，尽管细胞周期时间和核苷酸需求过高，但它们的染色体却围绕着许多额外的原材料，这并不奇怪。肺鱼的陆地化涉及在预先适应的叶状鳍中出现类似hoxc133和sall1的四肢样模式的基因新表达。编码表面活性剂的基因区域的重复使专心的呼吸得以实现，而嗅觉受体基因的增殖则允许检测到气味剂。回到最初的问题，即生长过程以及遗传密码在构建动物中可能有多普遍，一个有用的概念是可逆性。虽然可以打印任何3-D绘制的对象，但无法轻松预测用于打印该对象的特定G代码（G代码是用于移动工具的一系列“ Go”代码的转喻名称）。原因是可以使用许多可能的代码或刀具路径来制作相同的对象。因此，它不是一对一的，从这个意义上说是不可逆的。但是，从每个对象确实至少有一个对象的意义上讲，这是可逆的与之关联的G代码。但是，并非所有可能的G代码都有与之关联的真实对象。例如，一个人不能在同一地点两次放置塑料，也不能在稀薄的空气中在地球上打印。可能有人暗示，几乎所有可以在计算机上绘制的理论有机体或人体计划都永远不会真正地以DNA编码并生长。当然，某些没有出现在化石记录中的动物将来可能会在一定的时间和资源下进化，但是在系统停止运转之前它们实际上会变成什么样呢？在大小上限时，事情变得很无聊-要么是海中的巨型鲸类气瓶，要么是笨拙且对称的四脚架巨人。尽管时间和资源是真正的约束，但是最大的约束可能是代码本身。 点击：查看更多生物学文章 查看更多其他分类文章 使用文档翻译功能免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：phys
2021-01-28 19:35:19
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脊椎动物获取肢体并移到陆地上时，前肢功能如何变化？
由哈佛大学 早期四足动物Pederpes的生命重建显示出皮肤下方的前肢骨骼。图片来源：Julia Molnar，2021年图像版权。 大约3.9亿年前，当四足动物（四足脊椎动物）开始从水移动到陆地时，它推动了蜥蜴，鸟类，哺乳动物以及当今存在的所有陆地动物（包括人类和鲸鱼等水生脊椎动物）的兴起。和海豚。最早的四足动物起源于泥盆纪时期的鱼类祖先，其年龄是最古老的恐龙化石的两倍以上。它们像一条巨大的sal和一条鳄鱼的十字架，长约1-2米，有g，蹼足和尾鳍，并且仍然与水紧密相连。他们的短胳膊和腿手脚上最多有八位数，他们很可能是伏击天敌，潜伏在浅水中等待猎物靠近。科学家知道鱼鳍如何变成四足动物的肢体，但是关于最早的四足动物使用其肢体的位置和方式仍存在争议。并且，尽管提出了许多假设，但很少有研究使用化石记录对这些假设进行严格的检验。在1月22日发表于《科学进展》上的一篇论文中，一个国际研究人员小组研究了两个已灭绝的早期四足动物和紧密相关的化石鱼的鳍，四肢的骨骼，关节和肌肉的三维数字模型，以揭示它们的功能。当鳍进化成四肢时，前肢发生变化。纽约理工大学整骨医学学院助理教授朱莉娅
2021-01-25 19:52:50
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人类冠状病毒：病毒与宿主相互作用的综述（中）
人类冠状病毒：病毒与宿主相互作用的综述（上）与TLR不同，RLR和NLR普遍存在。 RLR是一个胞质受体家族，由三个成员组成：视黄酸诱导基因I（RIG-1），黑素瘤分化相关因子5（MDA5）和遗传与生理学实验室2（LGP2）。 RIG-1和MDA5在其N端具有两个胱天蛋白酶招募域（CARD），一个DExD / H-box RNA解旋酶域（其中x可以是任何氨基酸）和一个在C端的阻遏域（RD）。另一方面，LGP2缺少CARD域[112]，并且它可以调节RIG-I和MDA5。积极或消极[113–115]。 RIG-I识别病毒基因组中存在的51-三磷酸部分RNA，以及通过病毒基因组互补末端的自退火形成的双链“panhandle”结构[116,117]。相反，MDA5通常会检测到更长的dsRNA序列。 RIG-1和MDA5与病毒RNA的结合会导致构象变化，从而暴露CARD域。募集了一种定位于线粒体和过氧化物酶体的衔接子蛋白，称为线粒体抗病毒信号转导适配器，MAVS。然后，MAVS激活转录因子，例如干扰素调节因子1（IRF1），IRF3和NF-κB，以触发干扰素（IFN）和促炎性细胞因子
2021-01-21 17:30:55
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人类冠状病毒：病毒与宿主相互作用的综述（上）
人类冠状病毒：病毒与宿主相互作用的综述Yvonne X in一l IM, y按L ing ng, James P. ta们and ding X Ian GL IU *南洋理工大学生物科学学院，南洋大道60号，新加坡637551；新加坡； YVON0016@e.ntu.edu.sg（Y.X.L.）; S150004@e.ntu.edu.sg（Y.L.N.）; JPTAM@ntu.edu.sg（J.P.T.）收到：2016年6月8日;接受：2016年7月18日；发布时间：2016年7月25日摘要：人类冠状病毒（HCoV）是已知的与一系列呼吸结果相关的呼吸道病原体。在过去的14年中，重度急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）的发作使HCoV在人类中具有很高的致病性，已成为研究界的关注焦点。HCoV-宿主相互作用的研究为我们对HCoV发病机理的理解做出了广泛贡献。在这篇综述中，我们讨论了宿主细胞因子的最新发现，这些因子可能被HCoV利用以促进其自身的复制周期。我们还讨论了各种细胞过程，例如细胞凋亡，先天免疫，内质网应激反应，有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）途径和可能由HCoV调节的核因子κB（NF-κB）途径。 关键词：人冠状病毒；病毒与宿主的相互作用；细胞凋亡先天免疫；内质网应激MAPK；核因子κB 1. 介绍人冠状病毒（HCoV）代表与严重性不同的多种呼吸系统疾病相关的主要冠状病毒（CoV），包括普通感冒，肺炎和支气管炎[1]。如今，由于HCoV具有高的基因组核苷酸取代率和重组能力，因此被公认为发展最快的病毒之一[2]。近年来，HCoV的进化也受到诸如城市化和家禽养殖等因素的推动。这些已允许物种的频繁混合，并促进了这些病毒的物种屏障和基因组重组的穿越[3]。迄今为止，已鉴定出六种已知的HCoV，即HCoV-229E，HCoV-NL63，HCoV-OC43，HCoV-HKU1，严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）；其中，四种HCoV（HCoV-229E，HCoV-NL63，HCoV-OC43和HCoV-HKU1）在全球范围内流通，约占人类普通感冒感染的三分之一[4]。在严重的情况下，这四种HCoV可以引起危及生命的肺炎和细支气管炎，特别是在老年人，儿童和免疫功能低下的患者中[1,5,6]。除呼吸系统疾病外，它们还可能引起肠道和神经系统疾病[7-11]。SARS-CoV最初于2002-2003年在中国广东出现，是一种典型的非典型肺炎，其特征是发烧，头痛以及随后出现的咳嗽和肺炎等呼吸道症状，后来可能发展为危及生命的呼吸衰竭和急性呼吸窘迫综合征[ 12]。它在人类中具有很高的传播性，并迅速传播到29个国家/地区，感染了8000多人，死亡率约为10％[13,14]。最初，棕榈果被认为是病毒的天然贮藏库[15]。但是，随后的系统发育研究指出，SARS-CoV的蝙蝠起源是基于蝙蝠中发现的SARS样病毒序列[16]。 2012年，沙特阿拉伯出现了MERS-CoV流行病，其临床症状与SARS-CoV类似，但是死亡率要高得多，约为35％[17]。与表现出超级传播事件的SARS-CoV不同，MERS-CoV的传播受地域限制[12]。实际上，报告的MERS-CoV病例通常源于中东国家内的暴发或近期到该地区的旅行[18,19]。分类学，基因组结构和形态CoV是冠状病毒科下的一组大型包膜RNA病毒。冠状病毒科与Artierivirdae和Roniviridae一起归类于Nidovirale顺序[20]。根据国际病毒分类学委员会的建议，基于整个病毒基因组的序列比较，冠状病毒进一步分为四个主要属，α-，β-，γ-和三角冠状病毒[21,22]。这些冠状病毒可感染多种宿主，包括禽，猪和人类。已鉴定出HCoV属于Alpha或Beta冠状病毒属，包括Alphacoronaviruses，HCoV-229E和HCoV-NL63以及Betacoronaviruses，HCoV-HKU1，SARS-CoV，MERS-CoV和HCoV-OC43（表1）。在电子显微镜下，冠状病毒病毒颗粒看起来大致呈球形或中等多形性，由刺突蛋白（S）形成独特的“棍状”突起[23,24]。在病毒体内部有一个螺旋对称的核衣壳，它包裹着一个巨大的单链和正向RNA病毒基因组，其大小约为26至32千个碱基[20]。正性病毒基因组RNA充当信使RNA（mRNA），包括51个末端帽结构和31个poly A尾巴。这种基因组RNA在病毒生命周期中具有三种功能：（1）作为感染周期的初始RNA； （2）作为复制和转录的模板； （3）作为包装入子代病毒的底物。复制酶-转录酶是唯一从基因组翻译的蛋白质，而所有下游开放阅读框的病毒产物均来自亚基因组mRNA。在所有冠状病毒中，复制酶基因约占基因组的51分之三，由两个重叠的开放阅读框（ORF），ORF1a和ORF1b组成，它们编码16个非结构蛋白。 CoV基因组RNA的最后三分之一编码四个结构蛋白基因的CoV规范集，顺序为尖峰（S），包膜（E），膜（M）和核衣壳（N）。此外，还沿着结构蛋白基因散布了一些辅助ORF。CoV物种的数量和位置各不相同[25]（图1）。图1.人类冠状病毒（HCoV）的基因组组织。 HCoV基因组的大小范围约为26至32千个碱基（kb），如刻度上方的黑线所示。冠状病毒（CoV）基因组通常按51-ORF1a-ORF1b-S-E-M-N-31的顺序排列。重叠的开放阅读框（ORF）ORF1a和ORF1b占冠状病毒基因组的三分之二，该基因组编码了病毒RNA合成所需的所有病毒成分。基因组31末端的另外三分之一编码一组结构蛋白（橙色）和非结构蛋白（绿色）。表1.人冠状病毒的分类。冠状病毒科 菌株发现细胞受体主办参考文献冠状病毒HCoV-229E 1966人氨基肽酶N（CD13）蝙蝠[1,2,21]肝炎病毒-NL632004ACE2棕榈果，蝙蝠[3,21]冠状病毒OC4319679-O-乙酰化唾液酸牛[4,5]β冠状病毒HcoV-HKU1 20059-O-乙酰化唾液酸老鼠[6,7]SARS冠状病毒2003ACE2棕榈果，蝙蝠[8,19,21]冠状病毒2012DPP4蝙蝠，骆驼[9] 2. 宿主因素参与病毒复制和发病机理作为细胞内专性寄生虫，HCoV利用宿主细胞机制进行自身复制和传播。由于病毒与宿主之间的相互作用是疾病的基础，因此有关其相互作用的知识引起了极大的研究兴趣。在这里，我们描述了细胞在冠状病毒感染周期中的作用的已知情况：附着；进入宿主细胞；复制酶-转录酶的翻译；基因组复制和mRNA转录；新包装的病毒体的组装和萌芽（图2）。图2.冠状病毒复制周期。冠状病毒感染始于刺突蛋白（S）的S1结构域与其同源受体的附着。这驱动了S中S2亚基的构象变化，促进了病毒和细胞质膜的融合。核衣壳释放到细胞质后，病毒gRNA通过核糖体移码翻译产生多蛋白pp1a和pp1ab。 pp1a和pp1ab由宿主和病毒蛋白酶进行蛋白水解处理，生成16个非结构蛋白（NSP），然后将其组装形成复制酶-聚合酶。复制酶-聚合酶参与冠状病毒的复制，在该过程中基因组RNA被复制，亚基因组RNA被转录并翻译以形成结构蛋白。产生的病毒产物将在ERGIC中组装，并以光滑壁囊泡的形式发芽到质膜，通过胞吐作用排出。促进感染和抑制感染的宿主因子分别以绿色和红色突出显示。 APN，氨肽酶N； ACE2，血管紧张素转化酶2； DPP4，二肽基肽酶4； 9-O-Ac唾液酸，9-O-乙酰化唾液酸; IFITM，干扰素诱导的跨膜蛋白； ATP1A1，ATPase，Na + / K +转运，α1多肽; HnRNP A1，异核核糖核蛋白A1； MADP1，锌指CCHC型和RNA结合基序1； DDX1，ATP依赖性RNA解旋酶； PCBP1 / 2，Poly r（C）结合蛋白1/2;PABP，Poly A结合蛋白；COPB2，Coatomer蛋白复合物，β2亚基（β素）； GAPDH，甘油醛3-磷酸脱氢酶； ERGIC，内质网高尔基体中间隔间；ER，内质网；VCP，含缬氨酸的蛋白。 2.1. 冠状病毒附着和进入CoV感染是通过刺突（S）蛋白附着于特定宿主细胞受体而引发的。宿主受体是病毒的致病性，组织嗜性和宿主范围的主要决定因素。 S蛋白包含两个结构域：S1和S2。 S1结构域及其同源受体之间的相互作用触发S蛋白的构象变化，然后通过S2结构域促进病毒和细胞膜之间的膜融合。今天，所有HCoV使用的主要宿主细胞受体是已知的：HCoV-229E产生的氨肽酶N[26]，SARS-CoV产生的血管紧张素转换酶2（ACE2）[27]和HCoV-NL63[28,29]，二肽MERS-CoV的肽酶4（DPP4）[30]和HCoV-OC43和HCoV-HKU1的9-O-乙酰化唾液酸[31,32]。除了常规的内体进入途径外，某些冠状病毒也可能进入通过非内体途径，或两者结合的细胞。细胞环境中的低pH值和内体半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶可能有助于促进膜融合和内体CoV细胞进入[33]。最近的证据支持组织蛋白酶L在SARS-CoV和MERS-CoV进入中的作用[34-36]。其他宿主蛋白酶，例如跨膜蛋白酶丝氨酸2（TMPRSS2）和气道胰蛋白酶样蛋白酶TMPRSS11D，也可以在HCoV-229E和SARS期间进行S1 /S2裂解以激活S蛋白，使非蛋白体病毒进入细胞质膜。 -CoV感染[37,38]。此外，MERS-CoV也被弗林蛋白酶激活，弗林蛋白酶是一种丝氨酸内肽酶，已与其他RNA病毒的细胞进入和病毒流出过程中的S1/ S2裂解有关[39]。许多宿主细胞还利用其自身的因素来限制病毒的进入。利用细胞培养系统和假型病毒，许多研究小组确定了干扰素诱导型跨膜蛋白（IFITM）家族，它们可以抑制全局循环的HCoV-229E和HCoV-NL63 S蛋白介导的进入，以及高致病性的SARS-CoV和MERS -CoV [12,40]。尽管IFITM的作用方式仍然难以捉摸，但一些研究小组进行的细胞间融合试验表明，IFITM3通过调节宿主膜的流动性来防止病毒包膜与质膜或内体膜融合，从而阻止了包膜病毒的进入[ 41]。2.2. 冠状病毒复制在病毒核衣壳释放并脱去细胞质后，CoV复制开始于将ORF 1a和1b翻译成多蛋白pp1a（4382个氨基酸）和pp1ab（7073个氨基酸）。在这里，下游的ORF1b通过核糖体移码机制进行翻译，在这种机制中，翻译的核糖体沿´1方向从ORF1a阅读框转移到ORF1b阅读框。通过两个RNA元件（51-UUUAAAC-31七核苷酸滑序列和RNA假结结构）可以实现重新定位。随后，将多蛋白pp1a和pp1ab切割成至少15 nsp，它们组装并形成复制转录复合体。通过复制酶聚合酶的组装，转录基因组RNA的全长正链，形成全长负链模板，用于合成新的基因组RNA和重叠的亚基因组负链模板。然后将这些亚基因组mRNA转录并翻译以产生结构蛋白和辅助蛋白。已经发现几个异源核糖核蛋白（hnRNA）家族成员（hnRNPA1，PTB，SYN-CRYP）对于有效的RNA复制是必不可少的[42]。还建议其他RNA结合蛋白在冠状病毒复制中发挥作用，例如间-α固醇酶和聚A结合蛋白（PABP），DDX1，PCBP1 / 2和锌指CCHC型和RNA结合基序1 （MADP1）[43-45]。2.3. 冠状病毒组装和出口随着新基因组RNA和结构组分的积累，病毒体的组装很快得以实现。在感染周期的这个阶段，含有基因组RNA的螺旋核衣壳与其他病毒结构蛋白（S，E和M蛋白）相互作用形成组装的病毒体。 CoV颗粒的组装是通过从内质网到高尔基体的分泌途径中早期的膜状螺旋核衣壳出芽而完成的。中间隔层（ERGIC）。很少探讨宿主在感染周期此阶段的贡献。目前，已知M蛋白通过在组装位点选择和组织病毒包膜成分并介导与核衣壳的相互作用来使病毒粒子出芽来协调整个组装过程[46]。M蛋白与不同的病毒结构蛋白（例如E蛋白）相互作用，组装成成熟病毒。这种相互作用产生了病毒粒子包膜的支架，并诱导了M蛋白修饰的膜以及与S蛋白的萌芽和释放，从而将刺突组装到病毒包膜中[46,47]。组装和出芽后，病毒粒子在囊泡中运输，并最终通过胞吐作用释放。在最近的一项研究中，抑制含缬氨酸的蛋白质（VCP / p97）导致病毒在感染性支气管炎病毒（IBV）的早期内体中蓄积，表明VCP在负载病毒的内体成熟中发挥了作用[48]。3. 人冠状病毒感染和凋亡凋亡是程序性细胞死亡的过程，其受到严格调节和消炎。当细胞发生凋亡时，它们表现出特定的标志，例如细胞萎缩，广泛的质膜起泡，核变性，DNA断裂和质膜的不对称分布[49-51]。迄今为止，已经建立了两种主要的细胞凋亡机制-外在途径和内在途径。外在途径是通过细胞外死亡配体（例如Fas配体（FasL）和TNF受体相关的凋亡诱导配体（TRAIL））与来自肿瘤坏死因子（TNF）超家族的死亡受体的结合而启动的[52] ]。然后，这些死亡受体募集各种死亡衔接蛋白，例如Fas相关的死亡结构域蛋白（FADD）[53]，以及启动子蛋白酶8和10形成诱导死亡的信号复合物（DISC）[54,55]。因此，两个启动子原蛋白酶被切割成其活性形式并诱导信号传导级联，最终激活效应子胱天蛋白酶3和7。另一方面，内在途径在细胞内部发生，并涉及线粒体外膜通透性（MOMP）的变化。 ）基于促凋亡和抗凋亡B细胞淋巴瘤2（Bcl2）家族蛋白质的比率（图3）。增强的MOMP会导致促凋亡因子（例如细胞色素c）的释放，从而激活启动子胱天蛋白酶9。像外在途径一样，内在途径中的启动子胱天蛋白酶9的激活会导致蛋白水解裂解效应子胱天蛋白酶3和7，进而分解许多蛋白酶。凋亡必不可少的关键细胞蛋白[56]。当Bid（一种促凋亡的Bcl2家族蛋白）直接被caspase 8裂解时，甚至在效应子caspase激活之前，两条途径之间的融合也可能发生。在病毒感染期间，凋亡被诱导为宿主抗病毒反应之一，以限制病毒复制和生产。许多病毒已经进化出不同的策略来破坏细胞凋亡[58]。例如，某些病毒编码充当Bcl2家族蛋白同源物的病毒蛋白[59]。另外，病毒可能会通过其他分子途径，例如有丝分裂原活化蛋白（MAPK）和核因子κB（NF-κB）途径，直接或间接地建立调节Bcl2家族蛋白或半胱天冬酶激活的机制[60-65]。有趣的是，某些病毒可能会参与凋亡机制以进行有效的病毒感染。例如，甲病毒和黄病毒含有富含磷脂酰丝氨酸的病毒膜，以模仿凋亡细胞以促进病毒进入[66]。3.1. 细胞趋向与凋亡由于HCoV是已知可感染源自呼吸道的组织培养物和细胞系的呼吸道病原体，因此这些病毒也可能感染其他组织培养物和细胞系。这些组织和细胞的感染可能会诱导细胞凋亡[67,68]。然而，尽管HCoV在感染期间主要靶向呼吸道，但它们还与多种细胞类型的凋亡诱导相关，包括肠道粘膜细胞，肾小管细胞和神经元细胞[69-74]。对SARS-CoV感染组织的尸检研究表明，在肺，脾和甲状腺中诱导了细胞凋亡[75]。还显示出HCoV会感染免疫系统并诱导免疫细胞（例如巨噬细胞，单核细胞，T淋巴细胞和树突状细胞）凋亡[69,76-79]。因为这些免疫细胞与先天性和获得性免疫的激活有关，有理由推测，大量消除这些细胞可能是抑制宿主先天性和适应性免疫反应的一种病毒策略。在最近的研究中，据报道HCoV-229E感染导致大量CPE和树突状细胞死亡[80]。由于树突状细胞遍布我们的整个身体，因此有可能将它们用作促进病毒传播和损害我们的免疫系统的媒介[80,81]。 图3. Bcl2蛋白家族对MOMP的调节。 （a）Bcl2蛋白质家族根据其功能和Bcl2同源性（BH）结构域的数量分为三大类。生存前的Bcl2样家族成员（Bcl2，B细胞超大淋巴瘤（Bcl-XL），骨髓细胞白血病（Mcl1））包含所有四个BH结构域，并且具有抗凋亡作用。第二类称为Bcl2相关X（BAX）样蛋白，包括BAX和Bcl2同源拮抗剂杀手（BAK），具有促凋亡作用，并且缺少BH4结构域。最后，第三类称为仅BH3蛋白（Bid，与Bcl2相关的死亡启动子（Bad）和p53上调的细胞凋亡调节剂（PUMA）），仅包含BH3结构域，并且具有促凋亡作用。 （b）提出了两种模型来解释Bcl2家族蛋白在MOMP中的作用-间接激活剂模型和直接激活剂-抑制剂模型[11]。在间接激活剂模型中，抗凋亡的Bcl2样蛋白抑制Bax-Bak孔复合物插入线粒体，从而促进MOMP和细胞色素c的释放。但是，当仅BH3的蛋白被激活超过某个阈值时，Bcl2样蛋白的抑制作用就会被破坏。在直接激活物-抑制剂模型中，仅BH3蛋白充当直接激活物，以诱导Bak-Bak插入线粒体外膜。这些仅BH3的蛋白质可以被类Bcl2的蛋白质抑制，而后者又可以被另一类仅BH3的蛋白质抑制。该图是对[12]的修改。3.2. 细胞凋亡的分子机制在分子水平上，据报道，HCoV感染可通过多种机制触发细胞凋亡。SARS-CoV诱导的凋亡显示为caspase依赖性的，并可能被caspase抑制剂Z-VAD-FMK或Bcl2的过表达抑制[82,83]。尽管病毒复制是诱导细胞凋亡所必需的[83]，但细胞凋亡并不影响SARS-CoV的病毒复制动力学[82]。另一方面，MERS-CoV感染原代T淋巴细胞可诱导DNA片段化并激活caspase8和9激活，表明外部和内部途径均被激活。与SARS-CoV感染不同，MERS-CoV复制对于诱导受感染的T淋巴细胞凋亡不是必需的[79]。病原性较低的细胞也可以诱导细胞凋亡芯片数据证实，HCoVs菌株在HCoV-229E感染期间Bcl2家族成员的促凋亡和抗凋亡基因表达发生了显着变化[84]。 HCoV-OC43的感染可促进人神经元细胞中BAX易位至线粒体[74]。尽管胱天蛋白酶3和9在感染HCoV-OC43的鼠和人神经元细胞中被激活[9,74]，但添加泛半胱天冬酶抑制剂Z-VAD-FMK和半胱天冬酶9抑制剂Z-LEHD-FMK不会影响这些感染的神经元细胞的活力，表明由HCoV-OC43诱导的程序性细胞死亡可能与胱天蛋白酶无关[74]。这突出了在HCoV感染中诱导非经典程序性细胞死亡机制的可能性。尽管在SARS-CoV中仅对此进行了研究，但HCoV感染过程中的凋亡机制很可能受病毒蛋白操纵（图4）。特别是，SARS-CoV S，N，E，M，ORF-6、7a和9b蛋白已显示在其宿主细胞中具有促凋亡功能[77,85-91]。 SARS-CoV E蛋白和7a蛋白的表达通过将抗凋亡的Bcl-XL蛋白螯合到内质网（ER）膜而促进了线粒体介导的细胞凋亡[77,92]。 SARS-CoV M蛋白也高度促凋亡，并介导半胱天冬酶8和9的激活[90]。此外，已显示HCoV-OC43野生型S蛋白在人神经元NT2-N和LA-N-5细胞系中诱导未折叠的蛋白应答（UPR），这可能导致细胞凋亡[93]。重组HCoV-OC43在其S蛋白处具有点突变，比野生型病毒诱导的caspase 3活化和核碎裂作用更强[93]。有趣的是，SARS-CoV N和9b蛋白的定位与caspase依赖性细胞凋亡的诱导有关[89,94]。这一发现为病毒蛋白的亚细胞定位和胱天蛋白酶激活之间的联系开辟了新的视角，而胱天蛋白酶激活是由HCoV调节细胞凋亡的一种方式。图4. HCoVs激活细胞凋亡。死亡配体与死亡受体的结合诱导胱天蛋白酶8激活，继而激活效应子胱天蛋白酶3和7以刺激细胞凋亡。另一方面，内在途径受促凋亡和抗凋亡的Bcl2家族蛋白（如Bcl-XL，Bcl2，Bax和Bak）调控，以诱导MOMP。随后由增强型MOMP引起的caspase 9激活刺激了caspase 3和7激活。在HCoV感染过程中，病毒或特定病毒蛋白（橙黄色方框）靶向外部和固有凋亡信号通路的多个阶段。4. 人冠状病毒感染和先天免疫当细胞暴露于病原体（如病毒）时，免疫应答以宿主防御的形式被诱导。在病原体暴露期间，以细胞类型依赖性方式调节免疫应答。在产生适应性免疫系统之前，先天免疫是抵御病毒的第一道防线。宿主和病毒都可以操纵先天免疫机制作为防御或逃避策略的一种形式[95,96]。 4.1. 模式识别受体免疫系统中的细胞通过几种识别策略来检测病毒病原体。其中，特征最清楚的是模式识别受体（PRR），其通过称为病原体相关分子模式（PAMPs）的进化保守结构与各种微生物病原体结合。 PRR主要分为三类，即Toll样受体（TLR），视黄酸诱导型基因I（RIG-1）样受体（RLR）和核苷酸寡聚化域（NOD）样受体（NLR）。TLR是一种I型跨膜蛋白，位于细胞表面或内体囊泡中。它们的富含亮氨酸的重复序列（LRR）域介导了对PAMP的识别以及来自细菌，真菌和病毒等各种来源的损伤相关分子模式（DAMP）[97]。 TLR的激活主要发生在抗原呈递细胞中，例如树突状细胞（DC），巨噬细胞，单核细胞和B细胞。在人类的10种已知TLR中，发现TLR2、3、4、7和9与病毒检测有关[98,99]。 TLR3识别双链RNA（dsRNA），这是病毒RNA复制过程中产生的复制中间体[100]。TLR7和8检测单链RNA（ssRNA），TLR9识别DNA病毒中存在的未甲基化CpG DNA [101-103]。除核酸外，其他TLR（例如TLR2和4）还可以检测到病毒蛋白，例如呼吸道合胞病毒（RSV），肝炎病毒，麻疹病毒和人类免疫缺陷病毒[104-107]。识别病毒成分后，TLR募集含有Toll /白介素1受体（TIR）的信号转接头分子，例如MyD88（髓样分化主要反应蛋白88）和含有TIR域的衔接子诱导干扰素-β（TRIF）[108–110]。然后，MyD88和TRIF刺激MAPK和NF-κB途径，以增强IFN和促炎性细胞因子的产生[111]。点击：病毒与宿主相互作用的综述（中） 查看更多医学文章 使用双语翻译功能免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：mdpi
2021-01-21 17:30:35
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SARS-CoV-2与线粒体之间表明新的攻击角度
Intimate associations between SARS-CoV-2 and mitochondria suggest new angles of attackSARS-CoV-2与线粒体之间的密切联系表明新的攻击角度by John Hewitt , Phys.org约翰·休伊特（Phys.org） Colorized scanning electron micrograph of a dying cell (blue) heavily infected with SARS-CoV-2 (yellow), the virus that causes COVID-19. Credit: NIAID Integrated Research Facility, Fort Detrick, Maryland.严重感染SARS-CoV-2（黄色）的病毒（即将导致COVID-19的病毒）的垂死细胞（蓝色）的彩色扫描电子显微照片。图片提供：马里兰州Fort Detrick的NIAID综合研究设施。 As one wise pundit recently observed, "everybody is a virologist now." For the many people whose interest in biology formerly began and ended with "the mitochondria is the powerhouse of the cell," a second axiom can now be offered, namely, that the virus is the thief of power. In other words, what the mitochondria giveth, the virus taketh away.正如一位明智的专家最近观察到的那样，“现在每个人都是病毒学家。”对于许多以前对生物学感兴趣的人来说，其始于和结束于“线粒体是细胞的动力源”，现在可以提供第二个公理，即病毒是力量的窃贼。换句话说，只要线粒体产生，病毒就会带走。It is only through the massive oxidative capabilities of mitochondria that cells of the immune system can generate enough energy within a sufficiently short period of time to power an effective immune response. This response includes massive short- order construction projects where cascading waves of signaling factors, antibodies and the armies of clones that pump them out are hastily hardscrabbled together. It is this same power that a virus hijacks upon gaining entry to a cell to use for copying, transcribing and translating their genomes (not always in that specific order) to almost exponentially replicate and propel themselves through the body at large.只有通过线粒体的强大氧化能力，免疫系统的细胞才能在足够短的时间内产生足够的能量，以驱动有效的免疫反应。这种回应包括大规模的短期建设项目，其中匆匆忙忙地拼凑了一系列信号因子，抗体和将其泵出的克隆军队。病毒具有进入细胞的劫持能力，即用于复制，转录和翻译其基因组（并非总是按照特定顺序），从而几乎以指数方式复制并推动自身进入整个人体。It should therefore be no surprise that mitochondria and viruses are, at least in a molecular sense, quite well aware of each other. For example, it has been shown that the Orf9b accessory protein of SARS-CoV-2 interacts with the mitochondrial因此，线粒体和病毒至少在分子意义上彼此非常清楚也就不足为奇了。例如，已显示SARS-CoV-2的Orf9b辅助蛋白与线粒体相互作用transport protein TOM70, while Orf9c interacts with respiratory complex I. The Nonstructural protein 2 (NSP2) has been localized to nuclear and mitochondrial prohibitins which in turn form a 16-20 subunit ring at the inner membrane. Prohibits are also believed to act as viral receptors for the Chikungunya and Dengue 2 viruses.转运蛋白TOM70，而Orf9c与呼吸道复合体I相互作用。非结构蛋白2（NSP2）已定位于核和线粒体禁止素，后者在内膜上又形成16-20个亚基环。人们还认为，禁忌可以作为基孔肯雅热和登革热2病毒的病毒受体。In a paper recently published in the journal Frontiers in Aging Neuroscience, researchers from Texas Tech University explore the idea that some viruses, including SARS-CoV-2, could even replicate within mitochondria-derived structures. The authors say "mitochondria-derived" because in the absence of full dynamic imaging of double-membraned vesicle (DMV) formation within associated inclusions of mitochondria, endoplasmic reticulum (ER), golgi and virus, the necessary actions that seemingly must occur for the virus to complete its life cycle can only be inferred.在最近发表在《衰老神经科学的前沿》杂志上的一篇论文中，得克萨斯理工大学的研究人员探索了这样一种想法，即包括SARS-CoV-2在内的某些病毒甚至可以在线粒体衍生的结构中复制。作者之所以说“源于线粒体”，是因为在线粒体，内质网（ER），高尔基体和病毒的相关夹杂物内没有完整的双膜囊泡（DMV）形成的完整动态成像的情况下，表面活性剂似乎必须发生病毒只能完成其生命周期的推断。Mitochondria closely associated with the ER where they are embraced by external rings of contractile dynamin-related peptide (DRP1) molecules which squeeze them down to diameters small enough for spontaneous fusion and budding to occur. The authors note that in the original SARS-CoV-1, ORF-9b enhances mitochondrial fusion and reduces the levels of Drp1. Budding off DMVs packed with their own mtDNA nucleoids, which then fuse with the plasma membrane of the cell, is important business for mitochondria. Exporting these highly immunogenic lures are one线粒体与内质网紧密相关，它们被可收缩的动力蛋白相关肽（DRP1）分子的外环所包围，从而将它们压缩到足够小的直径，以使其自发融合和发芽。作者注意到，在原始的SARS-CoV-1中，ORF-9b增强了线粒体融合并降低了Drp1的水平。堆积有自己的mtDNA核苷酸并随后与细胞质膜融合的DMV对线粒体而言是重要的业务。出口这些高度免疫原性的诱饵是其中之一way white blood cells sacrifice their own, in a sense, to ramp up immune responses. This all sounds a little familiar—during its lifecycle, SARS viruses must clothe their own genetic material in suitable double membrane form before beginning its transcellular journal.在某种意义上，白细胞会牺牲自己的细胞以增强免疫反应。这一切听起来有些耳熟，在其生命周期中，SARS病毒必须以合适的双膜形式覆盖自己的遗传物质，然后才能开始其跨细胞日记。In a another paper recently published in Scientific Reports, Pinchas Cohen and his team compared mitochondrial-COVID interactions to those of other viruses including respiratory syncytial virus, seasonal influenza A virus and human parainfluenza virus在最近发表在《科学报告》上的另一篇论文中，Pinchas Cohen和他的团队将线粒体与COVID的相互作用与其他病毒的相互作用进行了比较，包括呼吸道合胞病毒，季节性A型流感病毒和人副流感病毒3. One important finding was that in SARS-CoV-2, the levels of respiratory complex I components were reduced. Reduced complex I activity can also reduce levels of reactive oxygen species (ROS). The authors describe how host innate immunity is regulated by mitochondrial antiviral signaling proteins (MAVS). Under normal conditions, these MAVs interact with mitochondrial fusion factors like MFN2. However, after infection, mitochondria are tethered to the ER by MFN-2, whereupon the MAVS interacts with important kinases, namely, TANK binding kinase 1, IKKA, and IKKB.3.一个重要发现是，在SARS-CoV-2中，呼吸道复合物I组分的水平降低了。降低的复杂I活性也可以降低活性氧（ROS）的水平。作者介绍了线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）如何调节宿主固有免疫力。在正常情况下，这些MAV与线粒体融合因子（如MFN2）相互作用。但是，感染后，线粒体通过MFN-2束缚在ER上，于是MAVS与重要的激酶（TANK结合激酶1，IKKA和IKKB）相互作用。Other new research shows that SARS-CoV-2 virus may go even further, suggesting that in peripheral blood mononuclear cells of patients with COVID-19, the virus deliberately manipulates the metabolic functions of mitochondria to their own advantage. In particular, the authors show increases in the mitokine FGF-21, and also increases in glycolysis. They propose that since FGF-21 correlates with disease severity, it could serve as a biomarker for COVID-19-related mitochondrial dysfunction. Since mitochondria play a key role in the initiation and development of其他新的研究表明，SARS-CoV-2病毒可能会进一步传播，这表明在COVID-19患者的外周血单核细胞中，该病毒故意操纵线粒体的代谢功能以发挥自身的优势。尤其是，作者显示出丝氨酸激酶FGF-21的增加，以及糖酵解的增加。他们认为，由于FGF-21与疾病的严重程度相关，因此它可以作为COVID-19相关线粒体功能障碍的生物标志物。由于线粒体在启动和发展中起着关键作用cytokine storm, specific mitochondrial pathways in immune cells might be targeted clinically.对于细胞因子风暴，免疫细胞中特定的线粒体途径可能是临床目标。To get some more perspective, it is worth mentioning a few other important details regarding the SARS-CoV-2 genome. At around 30 kilobases long, it is twice the size of mtDNA, and over three times as long as the HIV genome. HIV is also a positive sense RNA virus; however, it is double-stranded, and integrates within the host cell genome. Although SARS-CoV-2 normally completes its life cycle in the cytoplasm, some recent evidence suggests that it, too, can be reverse-transcribed and integrated into nuclear DNA. While mtDNA is normally entirely circulatized (save perhaps in some heart muscle cells), SARS-CoV-2 can sometimes be circularized into circRNAs of many different sizes, although the implications of this are unknown. Like host nuclear DNA and mtDNA, the SARS-CoV-2 genome also contains unique G- quadruplex formations. These often enigmatic structural formations at specific guanine repeats are also potential therapeutic targets.为了获得更多的观点，值得一提的是有关SARS-CoV-2基因组的其他一些重要细节。它长约30千个碱基，是mtDNA的两倍，是HIV基因组的三倍以上。艾滋病毒也是一种正向RNA病毒。然而，它是双链的，并整合在宿主细胞基因组内。尽管SARS-CoV-2通常在细胞质中完成其生命周期，但最近的一些证据表明，它也可以逆转录并整合到核DNA中。虽然通常将mtDNA完全环化（也许可以保存在某些心肌细胞中），但SARS-CoV-2有时可以环化为许多不同大小的circRNA，尽管其含义尚不清楚。像宿主核DNA和mtDNA一样，SARS-CoV-2基因组也包含独特的G-四链体形成。这些在特定鸟嘌呤重复序列上通常是难以理解的结构形成也是潜在的治疗靶标。No SARS cabinet of curiosities would be complete without some ode to the still largely inexplicable furin cleavage site (FCS). While a few recombination没有对仍然很大程度上无法解释的弗林蛋白酶切割位点（FCS）的某些颂歌，SARS的好奇心就不会完整。虽然几重组theories have been bantered about, the actual mechanism is still an open question. For inspiration to answer this vexing question, we offer the charming and now famous genetics how-to video from the Cambridge iGEM Institute.理论已经开玩笑了，实际的机制仍然是一个悬而未决的问题。为了回答这个棘手的问题，我们提供了来自剑桥iGEM研究所的迷人而又著名的遗传学入门视频。 点击：查看更多生物学文章 查看更多双语译文文章 使用双语译文文档翻译功能免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。 来源于：phys
2021-01-18 19:28:42
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挤压生命并塑造生命的秘密力量
科学家正逐渐掌握从胚胎到成年人体内机械力的作用。诸如斑马鱼之类的发育中的胚胎在生长时依靠物理力来雕刻它们。图片提供：Philipp Keller / HHMI Janelia研究园区首先，胚胎没有前或后，头或尾。这是一个简单的细胞范围。但是很快，平滑团块开始改变。球体中间的流体池。细胞像蜂蜜一样流动，占据了未来身体的位置。细胞片折叠折纸样式，建立一个心脏，肠道，大脑。没有挤压，弯曲和拉扯成长中动物的力量，这一切都不会发生。即使到了成年期，其细胞也会继续对彼此之间以及与环境之间的推拉关系做出反应。但是，在纽约洛克菲勒大学研究形态发生的发育生物学家艾米·谢尔（Amy Shyer）说，身体和组织的形成方式仍然是“我们这个时代最重要的，但仍知之甚少的问题之一”。几十年来，生物学家一直专注于基因和其他生物分子塑造身体的方式，主要是因为分析这些信号的工具容易获得并且一直在改进。机械力受到的关注要少得多。西班牙巴塞罗那的加泰罗尼亚生物工程研究所的机械生物学家Xavier Trepat说，但是只考虑基因和生物分子“就像您正在尝试只用字母的一半写一本书一样”。在过去的20年中，越来越多的科学家开始关注力学在各个发育阶段，器官和生物体中的重要性。研究人员已经开始定义细胞感应，响应和产生力的机制。他们通过发明定制工具和技巧，结合激光和微量移液器，磁性颗粒和定制显微镜来做到这一点。大多数研究人员正在使用培养皿中培养的细胞或组织来探测机械信号。但是有几个小组正在研究整个动物，有时他们会发现工作原理与孤立组织中明显的原理不同。这些体内伦敦大学学院的发育生物学家罗伯特·梅尔（Roberto Mayor）说，研究面临许多挑战，例如测量复杂组织中的微小力量，但它们对于理解力量在雕刻生活中的作用至关重要。随着少数坚定的科学家开始克服这些挑战，他们已经观察到了影响生物学的关键因素-从胚胎存在的最早阶段到生命晚期的疾病。从本质上讲，这些信息可能有助于科学家针对不孕症或癌症等问题设计更好的干预措施。“力量将在形状发挥作用的每个实例中发挥作用，”法国马赛发育生物学研究所的发育生物学家Thomas Lecuit说。从一开始就很强大在胚胎成形之前，它必须破坏细胞光滑球的对称性。在开始了解此过程的遗传和化学控制之后，科学家现在对力学有了更多的了解。巴黎居里研究所的生物学家让·莱昂·马特（Jean-LéonMaître）说：“机械力在发展中的作用逐渐显现出来。” 例如，随着哺乳动物胚胎产生其前，后，头和尾，诸如流体压力和细胞密度之类的物理特性是关键。马尔特（Maître）的小组研究了由早期小鼠胚胎组成的初始细胞团如何形成一个巨大的充满液体的腔，称为腔。随着该腔的充满，将成为胎儿的细胞在一侧推在一起。第一个对称性破坏事件可确保胚胎正确植入子宫壁，并控制胚胎的哪一侧将成为背部和腹部。尚不清楚的是胚胎如何产生和定位管腔（请参阅“发育压力”）。 资料来源：参考文献2当他们对过程进行详细成像时，Maître的团队发现了一些意外情况。“我们看到了这些小气泡，这些小气泡在电池之间形成，”Maître说。“它们是瞬态的-如果成像速度不够快，您就会错过它们。” 这些气泡中的流体来自围绕胚胎的液体，该液体由于外部较高浓度的水分子而被迫进入内部。接下来，研究小组看到了来自单个气泡的水，可能是通过细胞之间的间隙流动的，Maître认为是单个大管腔。研究人员通过观察跨越细胞间隙的蛋白质，证实了这种情况的发生，这些蛋白质彼此接触，将细胞紧密地粘在一起2。随着气泡的出现，这些粘附蛋白似乎随着细胞被推开而破裂。具有较少粘附蛋白的细胞更易于分离。Maître说，这是首次观察到加压流体可以通过破坏细胞之间的联系来雕刻胚胎。为什么胚胎会迫使细胞分裂以建立自身？他说：“这似乎效率低下，风险很大。” 他最好的猜测是，该策略的发展并不是因为它是解决问题的最佳方法，而是因为它“足够好”。他希望，该团队正在人类细胞中研究的对胚胎力学的进一步了解，可以帮助体外受精诊所确定要成功怀孕植入哪些胚胎。在后来的发育中，胚胎在另一个方向上打破了对称性，使头与尾区别开来。加州大学圣塔芭芭拉分校的生物物理学家OtgerCampàs追踪了斑马鱼（Danio rerio）胚胎中尾巴生长的过程。他的小组通过将负载有磁性纳米粒子的油滴注入细胞之间的空间来测量所涉及的力。然后研究人员施加磁场使液滴变形，以便他们可以测量组织对推动的反应。为了推动和拉动斑马鱼胚胎中的细胞，科学家将磁场中的磁滴（黄色）扭曲。图片来源：UC Santa Barbara的Alessandro Mongera和OtgerCampàs他们发现，长尾巴的尖端处于物理学家称为“流体”的状态，即细胞自由流动，受压时组织容易变形。科学家离尾端越远，组织变得越硬。坎帕斯回忆说：“我们知道它正在巩固，但我们不知道其机制。”细胞之间没有增加硬度的分子-没有分子构成结构基质-但是当研究人员测量细胞之间的空间时，他们发现它们在粘糊糊的尾尖中敞开，但更靠近头部。当细胞聚集在一起时，组织凝固。坎帕斯将过渡过程与包装咖啡谷物的过程进行了比较：谷物可以自由地流入袋中，但变得非常紧密，以至于装满的袋就像砖一样。他计划研究这种机制是否是其他胚胎结构（如肢芽）形成的基础。尽心尽意一旦发育中的胚胎自我定位，各个器官就会开始形成。新加坡国立大学的发育生物学家蒂莫西·桑德斯（Timothy Saunders）说：“从根本上讲，我们对任何内部器官的形成方式了解甚少。” （他指出，唯一的例外是肠道。）这开始改变。例如，桑德斯的小组检查了果蝇果蝇胚胎中的心脏形成。至关重要的事件是，两块组织聚在一起形成一根管，最终将成为心脏。每一块包含两种心肌细胞。碎片必须正确地拉上拉链，成对地配对，以使心脏健康。桑德斯说：“我们经常会看到失调，然后加以纠正。” “是什么导致了纠正？”事实证明，这是来自心脏细胞本身的一种力量。已知一种称为肌球蛋白II的蛋白质，它是使肌肉细胞收缩的蛋白质的近亲，在拉紧过程中会从每个细胞的中央流向其边缘。当时在读研究生的张少波（现正准备在加利福尼亚大学旧金山分校的博士后职位）想知道，肌球蛋白是否会产生对配对细胞产生拉力的作用，从而打破错配类型之间的联系。为了检验他的理论，Zhang用激光将成对的细胞切成薄片。牢房相互拉动，就像用剪刀剪断的绷紧的橡皮筋一样。桑德斯说：“我们可以看到美丽的后坐力。” 但是，当研究小组将缺乏肌球蛋白II的细胞切开时，“ mmph一切都没有发生”。肌球蛋白就像手指将橡皮筋拉开一样，正在从内拉动连接处的力。不匹配的单元格，其链接断开，将有另一个机会找到合适的伙伴。正如英国剑桥大学的研究人员在爪蛙非洲爪蟾的胚胎中发现的那样，简单的细胞增殖也可以发出信号，指示细胞正确安排自身的位置。由物理生物学家克里斯蒂安·弗朗兹（Kristian Franze）领导的研究小组已经知道，随着眼睛和大脑的连接，眼睛神经元会沿着由脑组织僵硬所定义的路径发出轴突（神经元用来相互接触的长投影）。 。眼轴突跟随较软的组织朝向正在发育的大脑的中央枢纽。为了确定该途径的形成时间和方式，该团队定制了一个显微镜，用微小的探针测量组织的刚度时，他们就可以同时观察体内的过程。弗朗兹说，他们看到轴突到达前大约15分钟出现了刚度梯度，弗朗兹说，他也是德国埃尔兰根-纽伦堡大学医学物理和微组织工程研究所的负责人。梯度是如何形成的？就像在斑马鱼的尾巴中一样，青蛙大脑中较硬的组织似乎含有更大的细胞密度。当研究小组阻止了正在发育的胚胎中的细胞分裂时，刚度梯度就从未出现过，而且轴突也找不到方向。用细胞填充空间似乎是指导神经系统接线的一种快速有效的方法。持续压力完全发达的动物在继续生长或应对疾病时也必须与力量抗衡。例如，当身体膨胀时，皮肤将生长以覆盖它。外科医生在乳房重建术中利用了这一点，在乳房重建术中需要更多的皮肤来覆盖计划的植入物。首先，他们插入一个“气球”，并在几个月内用盐水逐渐充气，拉伸现有的皮肤，直到生长出足够的新皮肤以用于第二次手术。但是皮肤细胞如何应对这种压力并繁殖呢？干细胞生物学家Mariaceleste Aragona在比利时自由大学（UniversitéLibre de Bruxelles）担任博士后，与CédricBlanpain合作解决了这个问题。她在小鼠的皮肤下植入了一种自膨胀水凝胶的小球。随着水凝胶吸收液体，最终体积达到4毫升，皮肤在其周围伸展。在植入水凝胶的一天之内，阿拉贡（Aragona）看到皮肤外层下的干细胞开始繁殖，提供了可以分化为新皮肤的原材料。但是，并非所有的干细胞都因这种拉伸而增殖。只有先前未定义的亚群开始抽出新的干细胞。“我们仍然不知道为什么，”现在在哥本哈根大学的阿拉贡（Aragona）说。Blanpain补充说，了解该系统可能会导致促进皮肤生长以进行外科手术重建或伤口愈合的方法。 组织的机械特性在异常细胞生长（例如癌症）中也起作用。Trepat说：“实体肿瘤比正常组织更硬。” 他说，部分原因是由于细胞周围多余的纤维网被称为细胞外基质，还因为癌细胞本身正在增殖。Trepat补充说：“僵化会使癌细胞更具恶性”，他说，如果科学家能够理解原因，他们就有可能设计出能够改变这些物理特性并降低癌症危险性的治疗方法。在一项相关研究中，洛克菲勒大学的研究人员确定了机械力，这些机械力解释了为什么某些皮肤癌是良性的而某些是恶性的。皮肤干细胞引起两种不同类型的癌症：不扩散到皮肤之外的基底细胞癌和浸润性鳞状细胞癌。每一层都压在下面的基底膜上，一层结构蛋白将皮肤的外层与较深的组织分开。良性基底细胞肿瘤很少会穿透基底膜，但侵略性较强的基底细胞肿瘤通常会逃逸而游走血管，并进入人体其他部位（请参阅“皮肤癌的机理”）。 来源：Ref.9干细胞生物学家Elaine Fuchs和Vincent Fiore与老鼠的皮肤一起工作时，发现良性癌症形成了一个更厚，更柔软的基底膜，该基底膜像向下压一样像手套一样包裹着肿瘤细胞。但是侵袭性肿瘤形成了更薄的基底膜。来自上方的力量也有助于浸润性肿瘤逃脱。鳞状细胞癌会形成一层坚硬的分化皮肤细胞，称为角蛋白珠。通过压在癌的顶部，珍珠帮助肿瘤像通过玻璃的拳头一样穿过脆弱的基底膜破裂。福克斯（Fuchs）说，在这项工作之前，研究人员已经假定，具有固定身份的分化皮肤细胞不会产生机械力。她说：“我认为这是最大的惊喜。”接下来，Fuchs和Fiore计划研究细胞如何感知这些机械力，以及如何将其转换为可能产生更多基膜或促进分化的基因表达程序。洛克菲勒大学的发育生物学家艾伦·罗德里格斯（Alan Rodrigues）说，这个问题-力和基因之间如何关联-是关键。这不仅是皮肤癌的问题。他说：“力学中的深层问题实际上是在思考它与分子之间的关系。”其他人也在调查此链接。勒奎特说：“不仅仅是，基因可以做任何事情，或者力学可以做所有事情。” “这将是两者之间有趣的对话。” 点击：查看更多生物学文章 查看更多医学文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：nature
2021-01-15 18:48:07
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蛋白质限制的抗衰老作用
两项动物研究表明，限制饮食中支链氨基酸的摄入可通过调节mTOR信号传导途径来延长寿命。但是，在人们推荐这种饮食之前，需要更多的研究。饮食限制可以用作延长寿命的观念几十年来一直是衰老研究的核心。但是，饮食限制可能起作用的机制以及所涉及的具体营养成分尚不清楚。有两组人在《自然衰老》（Nature Aging）中写道，一种营养素，支链氨基酸（BCAAs）在果蝇1和小鼠2的衰老中很重要。他们的工作增加了我们对特定饮食成分对衰老的影响的理解，并将以前的观察结果整合到一个连贯的模型中。BCAA是亮氨酸，异亮氨酸和缬氨酸的三种必需氨基酸，人类无法合成，因此必须完全来自饮食蛋白。亮氨酸是“雷帕霉素的机械靶标”（mTOR）蛋白的有效激活剂，它是细胞生长和分化的关键调节剂。饮食中的蛋白质限制（导致亮氨酸和其他BCAA含量低）和mTOR的抑制均可延长动物的寿命[3,4]。在当前的第一篇论文中，Lu和他的同事们开始更好地理解限制饮食中的蛋白质延长果蝇寿命的机制。他们专注于雌激素，一种进化上保守的应激诱导蛋白，将氨基酸丰度与mTOR信号传导联系在一起5。 sestrin是抑制mTOR的复合物的一部分-当sestrin感知并结合亮氨酸时会释放一种刹车。作者发现，缺乏雌激素的果蝇不能对饮食中的蛋白质限制做出正常反应。他们在雌甾醇（精氨酸407）中鉴定了一个特定的氨基酸残基，该残基可感知氨基酸。在此残基中携带突变的果蝇的mTOR活性低于对照。它们还具有更长的寿命，并且可以防止高蛋白饮食对人的寿命造成负面影响。在第二项研究中，Richardson和collagues2提供了BCAA限制饮食对小鼠影响的补充数据。与之前的一项研究相比，他们观察到，在整个生命周期中，喂食BCAA限制饮食的雄性小鼠的寿命得到了显著延长，相当于饮食蛋白质限制的益处。有趣的是，雌性小鼠没有表现出BCAA或饮食蛋白质限制的寿命延长，如果BCAA限制在中年开始，对雄性小鼠的益处将大大减少。因此，两项研究共同指出mTOR是BCAA限制相关益处的主要介导者（图1）。图1老化的支链氨基酸（BCAAs）。 a:认为雌二醇蛋白与BCAA亮氨酸结合。当被亮氨酸螯合时，sestrin不能作为抑制雷帕霉素（mTOR）蛋白质靶蛋白的复合物（未显示）的一部分发挥作用。 b:Lu等人1报道，限制果蝇中的膳食BCAA可以增强雌激素对mTOR的抑制作用。降低的mTOR信号传导产生抗衰老作用。理查森（Richardson）等人[2]发现，限制BCAA对小鼠也具有抗衰老作用，支持这一途径对多种物种共有的观点。 Lu等。继续提供证据表明-至少在果蝇中-雌三醇介导的mTOR抑制作用通过激活肠内干细胞中称为自噬的细胞内循环过程来改善肠道功能。这些发现与大量文献很好地吻合，表明雷帕霉素对mTOR的直接药理抑制作用可增强自噬并延长寿命，并延长了模型生物在相对良好的健康状态下的寿命。然而，在小鼠中，雷帕霉素的作用似乎比BCAA限制作用更强，并且对性别的依赖性更低，这表明这些干预措施之间存在关键差异。对于这些差异，有几种可能的解释。例如，BCAA限制对mTOR的非依赖性作用可能抵消了这种饮食干预的某些益处，或者雷帕霉素引起的更有效的mTOR抑制作用可能对下游途径产生不同的影响。低碳水化合物生酮饮食，其蛋白质含量通常低于对照饮食，也可以增加小鼠的寿命和健康寿命[8,9]。在接受生酮饮食或饮食蛋白质限制的动物中，成纤维细胞生长因子21（FGF21）的表达上调，这与饮食蛋白质限制对长寿的影响有关。有趣的是，理查森等。发现初步证据表明，寿命更长的雄性小鼠终生的BCAA限制会导致FGF21上调，而寿命短的雌性小鼠则不会。 FGF21对mTOR信号传导的影响是复杂的，但是有证据表明在不同组织中都有激活和抑制作用。未来的研究应针对这两种饮食干预以及雷帕霉素对mTOR的直接抑制作用，探讨其重叠和不同的作用机制。总之，当前的研究提供了有关膳食蛋白质，尤其是BCAA增强进化上保守的长寿机制的机制基础的重要见解。一个清晰的图景显示，雌激素如何感测特定氨基酸以调节mTOR信号传导和自噬，从而在衰老过程中保留肠道干细胞的功能。尽管许多细节尚待阐明，并且mTOR的其他下游靶标可能与哺乳动物的衰老有关，但这些研究代表了向前迈出的关键一步。在过去的十年中，流行文化越来越趋向于人们应该采用延迟啮齿动物衰老的营养策略的想法。我们应该考虑限制蛋白质或BCAA作为健康生活方式的选择吗？流行病学数据支持蛋白质摄入过多与健康状况较差和死亡率增加有关的观点。但是，即使在患有慢性肾脏疾病的人中（蛋白质限制是一种受欢迎的临床干预措施），也不清楚蛋白质限制是否对死亡率产生影响12。还要注意的是，大多数人类证据表明高蛋白对健康的负面影响来自可能进食过多的人群。活动水平是动物研究中尚未解决的另一个因素。尽管是推测性的，但蛋白质或BCAA的限制对久坐不动的人与经常活动和经常运动的人产生的影响似乎大相径庭。也有其他考虑。遗传背景对于饮食限制的反应至关重要，采用相同的低热量方案可以延长某些小鼠品系的寿命，而在其他小鼠品系中则可以缩短寿命13。尽管去年发表的一项研究发现蛋白质限制对果蝇所测试的遗传背景的约四分之一有影响，但尚不清楚遗传变异如何改变饮食中蛋白质或BCAA限制对小鼠的影响14。还有证据表明，晚些时候开始的饮食限制可能会降低啮齿动物的利益，并在某些情况下导致过早死亡15。有趣的是，理查森及其同事的数据似乎暗示了这一点，他们发现，从16个月大（可能相当于人类50岁）开始对BCAA进行限制似乎导致约四分之一的女性老鼠早死。也许与此相关，年轻人的饮食蛋白质摄入与较高的全因死亡率相关，但是这种关系在65岁左右就相反，因此，较高的蛋白质摄入与较低的成年人死亡率相关16。综上所述，这些观察结果表明，尽管蛋白质和BCAA限制饮食是探索衰老基本机制的有力研究工具，但建议普通人群采用该饮食为时尚早。对于65岁以上的人或已经拥有健康积极的生活方式的人尤其如此。 点击：查看更多生物学文章 试用免费文档翻译 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：nature
2021-01-15 18:35:19
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干细胞疗法治疗肝病（结论）
干细胞疗法治疗肝病（上）4.3. 急性肝衰竭（ALF）如前所述，肝脏具有相当大的内源性再生能力[84]。当它遭受急性损伤时，修复机制就会生效，在许多情况下，修复机制将能够随着时间的推移恢复功能正常的存活肝[85]，但是在再生过程中必须支持肝功能[86]。已经尝试了两种不同的方式：通过细胞移植或通过生物人工肝（BAL）系统。细胞移植可以为ALF或慢性慢性肝功能衰竭提供临时解决方案。 Pareja等。 [87]在急性慢性慢性肝衰竭患者中进行了肝细胞移植，取得了令人鼓舞的结果，包括改善高氨血症和脑病程度[87]。同样，永生化的人类胎儿肝细胞的移植显着提高了90％肝切除术后小鼠的存活率[88]。肝细胞与骨髓间充质干细胞的共包封不仅增加了移植[89]，延长了肝细胞的生存能力，而且还增强了其在体内和体外的肝细胞特异性功能[90]。当单独移植时，骨髓来源的MSC可减轻小鼠的肝损伤并抑制肝内NK细胞活性[91,92]。此外，有证据表明，仅由MSC条件培养基产生的免疫调节就足以消除对供体肝细胞的需求[93]。 MSC衍生的外泌体也已被证明可以激活再生反应，从而在CCl4损伤的小鼠中导致增殖蛋白的更高表达[94]。与基于细胞的疗法相比，这些疗法的优势在于它们不太可能触发免疫反应。关于iPSC，Chen等。 [50]证明，在应用其三步分化方案后，iPSC衍生的HLC在严重的联合免疫缺陷小鼠模型中挽救了致命的暴发性肝衰竭[50]。BAL的另一种有希望的治疗方法是BAL，BAL是一种体外支持疗法，可以在执行活性肝细胞的生物转化和合成功能的同时去除毒素[95]。该系统旨在桥接ALF患者，使其通过再生来恢复天然肝脏或进行肝移植[96]。第一个被批准用于II / III期试验的BAL是基于猪肝细胞的装置，该装置在ALF患者的一项前瞻性，随机对照试验中进行了评估。对暴发性或亚暴发性肝功能衰竭患者进行亚组分析可提高生存率，但未达到整个研究人群生存的主要终点[97]。尽管原代猪肝细胞是BAL试验最常用的细胞来源[98]，但永生化的C3A人肝母细胞瘤细胞也已在体外肝辅助装置（ELAD）中进行了试验[99]，尽管尚无随机对照试验显示生存获益日期和荟萃分析结果尚无定论[100,101]。 HepaRG细胞是人类肝双能祖细胞系[102]，能够在暴露于二甲基亚砜（DMSO）[103]后分化为肝细胞簇和周围的胆管上皮样细胞[103]，目前正在阿姆斯特丹医疗中心进行BAL应用的评估（AMC）生物反应器，结果不一[104,105]。与无细胞BAL治疗相比，HepaRG-AMC-BAL已显示增加了ALF大鼠的存活时间[106]。为了成功地将BAL用于临床，似乎每种治疗方法至少必须可使用200 g功能性肝细胞。由于这个原因，由于原发性人类肝细胞的有限可用性以及它们在体外的短功能性和生存力，目前尚不实用。这些问题已通过使用肝细胞球体解决，该球体可保护细胞免于凋亡，并允许在治疗期间使用更大的细胞量[107]。猪肝细胞的使用也受到异种和异种症的限制，而永生细胞系的使用受到其基本细胞功能丧失的限制，例如尿素循环和CYP酶活性[108]。因此，ESC和iPSC是BAL设备的有希望的细胞来源。Soto-Gutierrez等。 [109]显示，在90％肝切除的小鼠中，用皮下植入的BAL植入ESC衍生的HLC来治疗ALF，可改善其肝功能并延长其生存期[109]。 iPSC的初步研究也表明，在生物反应器模块中培养7天后，这些细胞已分化为HLC [110]。时间限制是使用干细胞治疗ALF的主要限制之一。 ALF疗法需要快速且有效地产生大量细胞，因此按照当前方案，培养和分化自体细胞所需的时间可能是禁止的，这使得同种异体肝细胞成为更实际的选择。一旦建立了有效且快速的分化为HLC的方案，使用HLA / MHC与HLA / MHC密切匹配的iPSC库是一项需要进一步研究的选择[108]。1.2. 肝硬化慢性肝病和肝硬化的治疗重点在于修复原始肝结构的破坏，以及改善体内稳态和肝功能。虽然HLC可能对支持受损的肝功能有用，但它们似乎对抑制胶原蛋白沉积和恢复正常组织结构没有显著作用。间充质骨髓干细胞在该领域表现出最大的益处。小型I期试验报告了自体骨髓细胞输注后白蛋白水平，Child-Pugh和MELD评分有适度改善[111,112]。当与单独的粒细胞集落刺激因子动员疗法进行比较时，外周血单核细胞移植疗法通过白蛋白水平和Child-Pugh评分可明显改善肝功能[113]。另一项研究发现，在丙型肝炎患者中进行实质性自体间充质骨髓源干细胞移植后，肝脏显示出结构改善，这在活检中其胞外基质蛋白数量减少得以证明[114]。丙型肝炎患者也接受了外周自体MSC的治疗，治疗后六个月的组织病理学检查显示MELD评分有所改善，但肝纤维化或再生没有改变。无反应性丙型肝炎患者的HCV RNA水平变为阴性，表明这些细胞具有免疫调节作用[115]。在肝纤维化大鼠模型中，来自脂肪组织的MSC输注抑制了纤维化进程并略微改善了肝功能。碱性成纤维细胞生长因子治疗可增强这种治疗效果，可能是由于肝细胞生长因子表达更高[116]。已经有人提出，由于脂肪组织来源的MSC易于获取和具有免疫优势，因此它们可能优于其他细胞系：它们抑制活化的淋巴细胞增殖并抑制炎症性细胞因子的产生。它们还能够在体内分化为HLC，并通过分泌金属蛋白酶减少肝脏纤维化。 I / IIa期试验即将开始[117]。另一项研究表明，输注人脐带间充质干细胞可改善CCl4诱导的肝硬化后大鼠的胰岛素抵抗[118]。来自人类脱落乳牙的干细胞也已用于CCl4处理的小鼠中，它们成功植入并向HLC体内分化，并且肝纤维化的总面积减少。将这些HLC二次移植到另一只CCl4损伤的小鼠中可以改善这些动物的肝功能[26]。还假定其他细胞系可作为治疗肝硬化的候选药物。过去的一年。这包括肝干细胞或祖细胞的移植以及人胎儿胆树干细胞或祖细胞的移植。肝干/祖细胞显示出能够植入，增殖，分化为HLC并重新填充硫代乙酰胺诱导的纤维化大鼠肝脏的能力。活跃的纤维形成和净纤维化都减少了[119]。晚期肝硬化患者通过肝动脉输注移植人类胎儿胆树干细胞/祖细胞，导致临床和生化方面的改善保持稳定6-12个月[120]。就像MSC似乎是逆转纤维化和炎症变化的最佳候选者一样，ESC或iPSC可能是通过产生HLC来支持肝功能的极好的候选者。因此，共同移植的HLC和MSC可能在恢复肝功能和减轻炎症微环境方面都提供显着的益处[121]。还已经假设，MSC的旁分泌作用可能超出增强肝再生的范围，并有助于HLC的植入[122]。此外，Espejel等。 [123]显示，iPSC衍生的HLC不仅在小鼠中提供正常的肝功能，而且还复制了野生型肝细胞的独特增殖能力[123]。1.3. 肝癌干细胞疗法在肝癌中有两个潜在的好处。首先是在栓塞或切除后增加肝功能；第二个是利用同种异体移植中发生的移植物抗肿瘤效应。肝部分切除后肝脏具有很大的再生能力。但是，当功能肝残余量（FLR）达到25％的临界极限时，术后肝衰竭的风险会显着增加[124]。在这些情况下，已证明对几个肝段的门静脉栓塞后，自体CD133（+）骨髓源性干细胞的门静脉内给药可增加增殖率和FLR量[125,126]。同样，在手术切除肝之前进行干细胞治疗可能会显着改善肝功能参数，并减少术后并发症[127]。潜在地，细胞疗法不仅可以用于外科手术，而且可以用于放射或化学疗法来替代或修复受损的肝组织。同时，在实体瘤中，特别是在发生移植物抗宿主病的患者中，用供体淋巴细胞进行的辅助细胞治疗与更有利的肿瘤反应率相关，这表明造血干细胞的同种异体细胞移植可增强移植物-慢性移植物抗宿主病的抗肿瘤作用[128]。基于自然发生或基因工程改造的T细胞转移的过继免疫疗法是另一种新颖的癌症治疗形式，已被证明可在术后用于肝细胞癌的治疗降低复发率[129,130]。可以使用iPSC进行相同的技术，iPSC可以提供无限来源的高反应性抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞，当转移到患者体内时，它们可以靶向，浸润和根除肿瘤[131]。干细胞，在这种情况下，是用慢病毒载体stTRAIL（可分泌形式的三聚体人类坏死因子相关的凋亡诱导配体）转导的骨髓来源的MSC，也已用于治疗射频消融后的热休克残留癌细胞在大鼠中，导致肿瘤生长受到抑制并显着提高了存活率[132]。但是，干细胞最直接的用途可能是体外筛选新的抗肿瘤药物，因为它们能够提供包含所有患者肿瘤突变的细胞靶标[133]。对于预测药物代谢和反应的个体差异也是如此，这可以通过hiPSC衍生的HLCs重新创建[134]。1.4. 肝移植肝移植是大多数终末期肝病的唯一有效疗法，但由于供体器官数量不足，其使用受到限制。针对已故可供移植的已故供肝的短缺，开发了分割肝和活体供肝移植[135]。这些技术利用了小型肝脏，移植物的大小与肝功能的程度直接相关[136]，因此它们依赖于大小不匹配的移植物的快速再生来支持适当的肝功能[137]。 ]。这一点特别重要，因为尽管半尺寸移植物中肝再生增强，但四分之一尺寸移植物中肝再生受到抑制[138]，并且假定移植再生的抑制是部分肝移植后小尺寸综合征的主要原因。在小鼠中[139]。因此，在整个移植后的早期阶段，治疗工作必须集中在增强移植物再生和支持肝功能上。在大鼠中经过基因修饰的MSC可以过量表达肝细胞生长因子，从而降低了小规模移植后的肝细胞损伤标志物水平，促进了肝脏重量的恢复并保留了肝脏的结构[140,141]。除了改善肝脏再生，在这些小型肝移植动物模型中，MSCs还可以延长生存期[142]。在尺寸缩小的大鼠肝移植中，通过限制肝脏损伤生物标志物的释放，抑制肝窦内皮细胞和肝细胞死亡以及刺激细胞增殖，MSC条件培养基输注可显着提高生存率[143]。由于在缺血再灌注损伤中募集T细胞非常重要，因此MSC的免疫调节特性及其抑制T细胞的潜力在肝移植中可能特别有用[144]。将来，生物工程器官也可以解决供体肝脏短缺的问题[145]，并且目前正在研究干细胞作为肝细胞的替代细胞来源[146]。天然的细胞外基质成分已被成功地用于诱导胚胎干细胞分化为HLC [147]。 iPSC在该部门显示出希望，但在就哪种细胞系将是全器官生物工程的安全和有效候选者达成共识之前，有必要更好地了解干细胞及其分化过程。[148] 。器官创造的另一种方法是在体外产生肝芽hiPSC。Takebe等人成功地完成了这一壮举。[149]，然后进行了肠系膜手术将这些肝芽移植到更昔洛韦引起的肝功能衰竭的免疫缺陷小鼠中。肝芽不仅显示出蛋白质生产和人类特异性药物代谢，而且它们的移植挽救了药物诱导的致命性肝衰竭模型[149]。尽管用这种技术不可能进行原位肝移植，并且到目前为止，这些肝模型尚缺乏外部胆管结构，但这一成就是朝着产生新器官移植的第一步[150]。2. 结论干细胞疗法和再生医学将来可能会为可用于移植的肝脏短缺提供解决方案。已经测试了不同细胞系作为各种肝病的潜在治疗来源。在这些患者中，细胞移植，器官工程技术和BAL系统可为肝移植提供替代方案，或至少降低候补名单死亡率[151]。此外，随着近十年来iPSC的发展，道德和免疫问题已得到部分规避，这可能会加速该领域的研究。然而，在许多这些细胞疗法准备用于临床之前，必须解决许多重要问题。首先，必须在不使用病毒载体或不改变细胞周期调节剂的情况下实现向成熟肝细胞的有效分化，以避免致瘤性问题并更好地理解所涉及的细胞信号传导过程[152,153]。这必须伴随一种可靠的方法，用于快速，大规模生产用于移植的高质量细胞。最后，在临床应用之前，这些技术应在大型动物模型中进行测试并证明是成功的，因为它们比人类更能预测人类的反应。啮齿动物[154]。 作者贡献：克拉拉·尼古拉斯（Clara Nicolas）为手稿的撰写做出了贡献。王玉佳为手稿的撰写做出了贡献并准备了人物。詹妮弗·吕布·惠勒（Jennifer Luebke-Wheeler）监督和编辑手稿。斯科特·尼伯格（Scott L. Nyberg）为稿件做出了贡献，并对其进行了监督和编辑。利益冲突：作者声明没有利益冲突。 点击：查看更多医学文章 查看更多生物学文章参考文献(展示部分文献内容)1. Taub，R.肝再生：从神话到机制。纳特牧师细胞生物学。 2004，5，836–847。 [CrossRef] [PubMed]2. 坎茨（T.）曼斯，硕士; Ott，M.干细胞在肝脏再生和治疗中的作用。细胞组织研究。 2008，331，271-282。 [CrossRef] [PubMed]3. Riehle，K.J .；丹，Y.Y .；坎贝尔（J.S.）;福斯托，新。肝脏再生的新概念。J.胃肠。肝素2011，26（Suppl.1），S203–S212。 [CrossRef] [PubMed]4. G.F.拉什；戈尔斯基（J.R.）;纹波，硕士J·索温斯基； Bugelski，P .； Hewitt，W.R.在分离的肝细胞中有机氢过氧化物诱导的脂质过氧化和细胞死亡。毒药。应用Pharmacol。 1985，78，473–483。 [CrossRef]5. Mitaka，T。原代肝细胞培养的当前状态。诠释J. Exp。 Pathol。 1998，79，393–409。 [CrossRef] [PubMed]6. Boess，F .；坎伯，M。罗默，S。加瑟（R.穆勒D.Albertini，S .； Suter，L.与大鼠体内肝基因表达相比，在两种肝细胞系，培养的原代肝细胞和肝切片中的基因表达：对体外遗传学组学的可能影响。毒药。科学2003，73，386–402。 [CrossRef] [PubMed]7. 劳埃德，T.D.;奥尔，S。斯科特（Skett）；贝里（D.P.）丹尼森肝细胞的冷冻保存：目前的银行存款方法综述。细胞组织库。 2003，4，3-15。 [CrossRef] [PubMed]8. R.P. 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2021-01-14 19:54:15
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干细胞疗法治疗肝病
克拉拉·尼古拉斯（ClaraNicolas）1，*，王玉佳（Jiang Wang）1，珍妮弗·吕布·惠勒（Jennifer Luebke-Wheeler）1和斯科特·尼伯格（Scott L.Nyberg）1,2收到：2015年11月25日；接受：2015年12月31日；发布时间：2016年1月6日学术编辑：邓文斌1 William J. von Liebig移植和临床再生中心，梅奥诊所，罗切斯特，MN 55905，美国； wang.yujia@mayo.edu（Y.W.）; luebke-wheeler.jennifer@mayo.edu（J.L.-W.）; nyberg.scott@mayo.edu（S.L.N.）2 美国罗切斯特市梅奥诊所外科科，美国明尼苏达州55905 摘要：细胞疗法是几种肝脏疾病的新兴治疗形式，但受到供体肝脏可用性的限制。干细胞有望替代原代肝细胞。我们对文献进行了详尽的回顾，重点是涉及使用干细胞治疗肝病的最新研究。干细胞可以从多种来源中收获，或者可以从体细胞中产生以产生诱导性多能干细胞（iPSC）。实验上已经使用了不同的细胞系来支持肝功能，并治疗遗传性代谢异常，急性肝衰竭，肝硬化，肝癌和小型肝移植。基于细胞的疗法可能涉及基因疗法，细胞移植，生物人工肝装置或生物工程器官。该领域的研究仍然非常活跃。将来，干细胞疗法可被用作肝移植或内源性肝再生的桥梁，但是必须开发有效的分化和生产方案，并且必须证明其安全性，然后才能将其应用于临床实践。关键词：干细胞；肝病;诱导多能干细胞；基因校正细胞移植生物人工肝再生医学细胞疗法1. 介绍迄今为止，肝移植是治疗药物难以治疗的多种肝病的唯一有效方法。不幸的是，对供体器官的需求大大超过了其供应，因此有必要替代全器官肝移植进行治疗。针对可移植肝脏的短缺，已经出现了细胞疗法。已经评估了离体肝脏支持疗法和体内细胞移植，并显示了治疗肝衰竭的潜力。肝脏由于其内源性的再生和修复能力强，因此特别适合这种疗法[1-3]。分离的原代肝细胞是体内和离体细胞疗法中要测试的第一类细胞，但是它们的使用受到许多尚待克服的技术难题的限制。肝细胞在体外培养中不能长期存活[4]，因为（1）体外生长能力极低[5]，（2）肝特异性基因的表达在体外迅速下降[6]和（3）易冻性融化的破坏使冷冻保存变得复杂[7]。然而，使用它们的主要限制是由于供体肝脏的缺乏，无法分离出高质量的原代肝细胞，因此无法满足临床对肝细胞的需求。随着再生医学的到来，肝细胞治疗的重点已经稍微转移到干细胞的治疗潜力上，这是一种在组织损伤后恢复正常结构和功能的手段。干细胞的分化和自我更新能力使其成为无数肝细胞生成的合理来源。因此，干细胞疗法可以替代全器官肝移植在治疗肝脏疾病方面具有广阔的前景。几种类型的干细胞已被证明适用于肝细胞置换。在这篇综述中，我们探讨了每种细胞系的优势和局限性，以及可能从干细胞疗法中受益的各种肝脏疾病。 2. 干细胞来源用于肝病治疗2.1. 肝干细胞干细胞可以从成年或胎儿肝脏获得。成人肝干细胞（也称为卵圆细胞）和胎儿肝干细胞（称为成肝细胞）都是双能的，因此能够分化为肝细胞或胆管细胞[8-10]。已经证明，当肝细胞的复制能力受损时，卵形细胞会在肝再生中发挥作用[11]，而在动物模型中，已通过实验将成肝细胞用于肝再生[12,13]。人成肝细胞也已被培养，并已显示出移植到免疫缺陷小鼠体内后在体内的植入和分化[14]。使用肝源性干细胞的主要限制是正常肝中它们的数量非常低，卵圆形细胞仅占成年肝的0.3％至0.7％[15]，而成肝细胞仅占成年肝的不到0.1％。胎儿肝脏肿块[16]。这使得它们的隔离和扩展具有挑战性，从而限制了其在小规模使用中的应用。2.2. 骨髓干细胞骨髓干细胞包括造血干细胞和间充质干细胞（MSC）[17]。 MSC是在骨髓和其他成年器官和组织（例如脂肪组织）中发现的多能祖细胞，它们很容易获得，并且可以在培养物中快速扩增[18,19]。在这两个细胞群中，已建议MSC具有更高的肝再生潜力[20]。此外，它们比造血干细胞具有另一个优势：它们具有免疫调节或免疫抑制特性，可下调T细胞，B细胞和NK细胞的功能[21]。在临床上，这可以转化为肝移植后诱导耐受的能力。2.3. 附件干细胞附件干细胞是容易获得的细胞，其衍生自人胎盘组织，脐带和脐带血以及羊水。它们是多能的，因此与成体干细胞相比，它们具有更高的分化潜能，并且具有更高的增殖率[22-24]。附件干细胞还提供了另一个优势：尚未描述它们可在人类中形成畸胎瘤或畸胎瘤。在一项研究中，急性毒性肝损伤后向非肥胖型严重合并免疫缺陷小鼠腹膜内施用人脐带血干细胞显示出快速的肝移植，分化为肝细胞，改善了肝的再生并降低了死亡率[25]。2.4. 胚胎干细胞（ESC）ESC是全能细胞，可以分化为类肝细胞，具有损伤后能够在肝脏中定植的能力，并且具有与成熟肝细胞相似的功能[26]。但是，使用ESC有两个主要限制。首先，它们的采购涉及胚胎的破坏这一事实引起了道德上的担忧，这些担忧抑制了ESC研究的进展[27]。其次，ESC移植的供体和受体之间存在免疫不相容的问题[28]。尽管如此，ESC的研究仍在进行中，最近的一项研究揭示了一种分化为新生儿肝细胞的有效方案，该新生儿肝细胞能够在体内无肿瘤诱导地繁殖肝脏，并在对乙酰氨基酚引起的毒性小鼠中拯救肝脏功能[29] 2.5. 诱导多能干细胞（iPSC）iPSC具有与ESC相似的特性，包括多能性和自我更新，但避开了使用此类细胞固有的主要问题。 iPSCs是由体细胞在体外产生的，无需使用胚胎组织或卵母细胞，从而避免了伦理争议[30]。此外，它们提供了自体使用的可能性，解决了异体排斥的问题。 2006年首次描述的iPSC的使用已迅速发展为胚胎干细胞的有前途的替代方法，但在考虑将其应用于临床之前，必须解决几个问题，并且必须确定它们与ESC的等效性[ 32]。图1显示了iPSC和ESC之间的生产差异。 图1.胚胎干细胞和诱导性多能干细胞的产生。 iPSC可能来自多种细胞来源，并且有人提出，它们的起源可能在它们的分化能力中发挥作用[33,34]。尽管成纤维细胞是人类iPSC（hiPSC）的最常见来源，但这些细胞也已成功地从多种其他体细胞类型（包括原代肝细胞）中重新编程[35]。然而，已经有人提出，与其他来源的细胞相比，肝细胞来源的细胞系对畸胎瘤形成的倾向可能更高。有证据表明，由于hiPSC系的表观遗传记忆力会随着时间的流逝而丢失，因此可以从多种来源的iPSC成功诱导肝分化[37]。实际上，研究表明，可预测的iPSC分化与体细胞来源无关，而是在很大程度上取决于所使用的重编程策略[39]。其他作者建议，相反地，iPSCs具有偏斜的分化潜能，这源于它们的谱系特异性表观遗传记忆，使它们易于分化为起源的细胞类型[40]。需要进一步的研究来阐明这一点，并找到最合适的细胞来源来产生能分化为肝细胞的hiPSC。还存在对iPSC进行重编程的不同方法，有关iPSC生成的第一份报告是由逆转录病毒载体组成的，用于诱导多能性。该方法受到病毒转基因自发再激活及其整合入宿主基因组的可能性的限制，这转化为形成肿瘤的风险[41]。但是，在过去两年中，成功解决了iPSC生成问题。例如，hiPSC现在可以由不整合到靶细胞基因组中的载体产生[42,43]，甚至可以由小分子化合物诱导[44,45]。迄今为止，尚未从iPSC或ESC获得体外完全成熟的肝细胞。获得的称为肝细胞样细胞（HLCs）的细胞具有原代肝细胞的大部分特性，但功能上并不成熟，如其较低的白蛋白生成水平，CYP活性和尿素循环活性以及通过它们持续表达高水平的甲胎蛋白[46]。已经开发出许多分化方案[47-49]，并且通过三步方案将分化时间从平均超过20天减少到12天，从而提高了其效率[50,51]。 Asgari等。 [52]将hiPSC衍生的HLC表征为表达肝细胞特异性标志物，糖原和脂质存储活性，白蛋白分泌和CYP450代谢活性，并且在移植后，这些细胞具有改善CCl4损伤的小鼠肝脏功能状态的能力[ 52]。最新研究集中在将成纤维细胞直接谱系重编程为人诱导的肝细胞，已产生具有药物代谢功能的功能性和可扩展性细胞[53,54]。尽管如此，分化方案必须在临床应用可行之前进行优化，因为已经表明完全分化的细胞移植后具有较低的畸胎瘤形成风险[55]。必须消除残留的未分化细胞，不仅避免畸胎瘤的形成，而且避免对多能性抗原产生免疫反应的可能性[56]。此外，分化后必须仔细研究目的细胞类型的免疫学特性[57,58]。必须克服的另一个障碍是缺乏高效，大规模的hiPSC生产系统，因为单层静态组织培养物将无法维持临床应用所需的快速细胞扩增。在这方面已经取得了进展，iPSC培养物以3D悬浮液的形式聚集[59]。 3D培养的优势是可以高密度培养hiPSC [60]，同时可以增加HLC向成年表型的功能成熟度，并提高其功能寿命[61]。尽管有这些挫折，但仍取得了令人鼓舞的结果。朱等。 [62]能够通过缩短重编程规程以避免多能性，通过诱导多能祖细胞（iMPC）而不是iPSC来区分人成纤维细胞中的肝细胞[62]。然后，他们在人肝衰竭的免疫缺陷小鼠模型中实现了肝脏再填充，其肝细胞功能水平与人成年原代肝细胞相似。此外，通过阻止细胞进入多能状态，很可能防止了肿瘤的形成。已经发现，不涉及基因组整合的重编程方法以及通过在重编程过程中去除c-Myc均可降低iPSCs的致瘤性和免疫原性[64]。关于iPSCs的致癌潜力，最近在恒河猴中进行了自体畸胎瘤形成试验，得出的结论是，虽然未分化的自体iPSC形成畸胎瘤，但iPSC衍生的祖细胞在体内产生功能组织而没有肿瘤迹象形成[65]。此外，未分化细胞形成的畸胎瘤的生长效率比同等啮齿动物模型低至少20倍，这可能是由于完整的免疫和炎症系统的存在所致。它与人类生理学的相似性使这种非人类灵长类动物模型对于基于iPSC的疗法的研究非常有价值。 iPS细胞进行了研究，已经在许多不同的肝脏疾病的背景下对iPSC进行了研究，但是iPSC的最直接用途可能是人类肝脏疾病的建模和体外药物测试[66,67]。3. 干细胞用于肝病治疗的技术干细胞向HLC的分化可以在使用前在体外实现，也可以在细胞移植后在体内实现。体外培养和分化正在广泛研究中，并且仍在创造新的，更有效的方案。但是，干细胞在注射后也具有体内分化为HLC的能力。不同细胞系都是如此。在一项研究中，静脉注射纯化的造血干细胞显示出在富马酰乙酰乙酸水解酶（FAH）基因敲除小鼠体内向HLC分化，从而恢复了肝功能[68]。 FAH´ {´小鼠是I型酪氨酸血症的动物模型，在研究代谢性肝病的再生疗法方面具有巨大潜力。在这些动物中，非FAH缺陷型野生型细胞由于具有选择性优势，可以在移植后大量繁殖肝脏。当FAH基因敲除与免疫缺陷等位基因结合时，人类细胞可用于重新填充肝脏，形成嵌合器官[69]。为了提供更具临床意义的动物模型，还创建了FAH´ {'猪，可用于测试不同细胞疗法的功效[70]。此外，如果可以在这些动物中充分实现肝脏人源化，则可以将它们用作活体生物反应器，以生产大量功能性人肝细胞。图2显示了FAH基因敲除猪的创建及其作为原代人肝细胞培养箱的可能用途。 图2.用人类肝细胞填充FAH缺陷型猪肝。尼替农（NTBC）用于治疗FAH缺乏的动物，同时发生肝细胞移植和增殖。 其他细胞系，例如小鼠ESC和人类骨髓来源的MSC，也已被证明可以在体内分化为HLC [71,72]。尽管如此，在考虑临床应用之前，必须更深入地研究体外和体内信号模式，分化机制和最佳增殖条件，尤其是因为数据表明成熟肝细胞的移植和再繁殖能力要比干细胞高。 [73]。4. 干细胞在肝脏疾病中的潜在应用4.1. 遗传性肝病遗传性肝病中的细胞疗法不仅可以充当肝移植的桥梁，而且还为长期纠正代谢缺乏症提供了机会[74]。原代肝细胞移植已用于治疗人类的多种疾病，包括家族性高胆固醇血症，1型Crigler-Najjar综合征和尿素循环缺陷等[75]。同时患有Crigler-Najjar 1型和尿素循环缺陷的患者正在接受I期临床试验，以治疗由正常成人肝脏组织产生的异源人类成人肝脏祖细胞悬浮液[76]。但是，如前所述，供体器官不足，无法从中分离出高质量的肝细胞，必须考虑同种异体排斥的可能性。自体移植可以避免同种异体排斥，但是只能通过肝切除获得足够数量的自体原代肝细胞。可以通过使用iPSC来避免此问题。随着干细胞技术的发展，尤其是iPSC的发展，遗传性肝病的治疗可以进一步向前：通过将基因校正技术与自体细胞移植相结合，可以创建针对患者的治疗方法[77,78]。无病的自体hiPSC首先通过离体基因治疗产生[79]，然后经过基因校正的hiPSC分化并用于移植。图3显示了如何将hiPSC与基因校正和分化技术结合起来以生产自体，无病的肝细胞进行移植。 图3. iPSC的基因校正，用于产生患者特异性无病肝细胞。 从理论上讲，这种方法可以应用于任何已知潜在突变的遗传性疾病，并且已经在造血疾病的动物模型上进行了测试，结果令人鼓舞[80]。在hiPSC中，α1-抗胰蛋白酶的缺陷也得到了基因纠正，从而在在小鼠的体内和体内分化的HLC中恢复了蛋白质的功能,[81]。家族性高胆固醇血症患者的hiPSC也已成功产生了经过疾病校正的HLC [82]。根据这些研究，自体基因校正的hiPSC衍生的肝细胞的移植显示出治疗遗传性肝病的希望。可以在4到5个月内获得针对患者的无病hiPSC系列产品[83]。另外，hiPSC可以用于遗传性代谢疾病的建模和研究[51]。4.2. 急性肝衰竭（ALF）如前所述，肝脏具有相当大的内源性再生能力[84]。当它遭受急性损伤时，修复机制就会生效，在许多情况下，修复机制将能够随着时间的推移恢复功能正常的存活肝[85]，但是在再生过程中必须支持肝功能[86]。已经尝试了两种不同的方式：通过细胞移植或通过生物人工肝（BAL）系统。细胞移植可以为ALF或慢性慢性肝功能衰竭提供临时解决方案。 Pareja等。 [87]在急性慢性慢性肝衰竭患者中进行了肝细胞移植，取得了令人鼓舞的结果，包括改善高氨血症和脑病程度[87]。同样，永生化的人类胎儿肝细胞的移植显着提高了90％肝切除术后小鼠的存活率[88]。肝细胞与骨髓间充质干细胞的共包封不仅增加了移植[89]，延长了肝细胞的生存能力，而且还增强了其在体内和体外的肝细胞特异性功能[90]。当单独移植时，骨髓来源的MSC可减轻小鼠的肝损伤并抑制肝内NK细胞活性[91,92]。此外，有证据表明，仅由MSC条件培养基产生的免疫调节就足以消除对供体肝细胞的需求[93]。 MSC衍生的外泌体也已被证明可以激活再生反应，从而在CCl4损伤的小鼠中导致增殖蛋白的更高表达[94]。与基于细胞的疗法相比，这些疗法的优势在于它们不太可能触发免疫反应。关于iPSC，Chen等。 [50]证明，在应用其三步分化方案后，iPSC衍生的HLC在严重的联合免疫缺陷小鼠模型中挽救了致命的暴发性肝衰竭[50]。BAL的另一种有希望的治疗方法是BAL，BAL是一种体外支持疗法，可以在执行活性肝细胞的生物转化和合成功能的同时去除毒素[95]。该系统旨在桥接ALF患者，使其通过再生来恢复天然肝脏或进行肝移植[96]。第一个被批准用于II / III期试验的BAL是基于猪肝细胞的装置，该装置在ALF患者的一项前瞻性，随机对照试验中进行了评估。对暴发性或亚暴发性肝功能衰竭患者进行亚组分析可提高生存率，但未达到整个研究人群生存的主要终点[97]。尽管原代猪肝细胞是BAL试验最常用的细胞来源[98]，但永生化的C3A人肝母细胞瘤细胞也已在体外肝辅助装置（ELAD）中进行了试验[99]，尽管尚无随机对照试验显示生存获益日期和荟萃分析结果尚无定论[100,101]。 HepaRG细胞是人类肝双能祖细胞系[102]，能够在暴露于二甲基亚砜（DMSO）[103]后分化为肝细胞簇和周围的胆管上皮样细胞[103]，目前正在阿姆斯特丹医疗中心进行BAL应用的评估（AMC）生物反应器，结果不一[104,105]。与无细胞BAL治疗相比，HepaRG-AMC-BAL已显示增加了ALF大鼠的存活时间[106]。为了成功地将BAL用于临床，似乎每种治疗方法至少必须可使用200 g功能性肝细胞。由于这个原因，由于原发性人类肝细胞的可用性有限以及它们在体外的短功能性和生存力，目前尚不实用。这些问题已通过使用肝细胞球体解决，该球体可保护细胞免于凋亡，并允许在治疗期间使用更大的细胞量[ 107 ]。猪肝细胞的使用也受到异种性和xenozoonosis的限制，而永生化细胞系的使用受到其基本细胞功能的丧失（如尿素循环和CYP酶活性）的限制[ 108]。因此，ESC和iPSC有望成为BAL设备的细胞来源。Soto-Gutierrez等。[ 109 ]显示，在90％肝切除的小鼠中，用皮下植入的BAL植入ESC衍生的HLC来治疗ALF可改善其肝功能，并延长其生存期[ 109 ]。iPSC的初步研究还表明，在生物反应器模块中培养7天后，这些细胞分化为HLC [ 110 ]。 时间限制是使用干细胞治疗ALF的主要限制之一。ALF疗法需要快速且有效地产生大量细胞，因此按照当前方案，培养和分化自体细胞所需的时间可能是禁止的，这使得同种异体肝细胞成为更实际的选择。一旦建立了有效且快速的分化为HLC的方案，使用HLA / MHC与HLA / MHC密切匹配的iPSC库是一项需要进一步研究的选择[ 108 ]。 点击：查看干细胞疗法治疗肝病（结论） 查看更多医学类文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：mdpi
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