南京航空航天大学。
二○一三 ～ 二○一四学年第 2学期《生命科学导论 》大作业**。
诱导多能干细胞重编程方法的优化及其在航天医学中的应用展望。
干细胞是具有无限或长期的自我更新能力和分化产生至少一种成熟特异体细胞能力的细胞。成体千细胞研究最早，但分化潜能有限。escs由于其巨大的分化潜能一度成为干细胞研究的热点，但是伦理争议和免疫排斥的问题限制了其临床应用。
2023年体细胞重编程获得的类似escs潜能的诱导多能干细胞弥补了上述缺陷，该研究获得2023年诺贝尔生理与医学奖。研究表明成体千细胞的多能性、增殖和分化潜能受重力的影响。目前，失重条件下escs的研究才刚刚开始，而微重力对ipscs的作用尚无报道。
作者在此综述了ipscs的发现及最新研究进展，重点阐述重编程方法的优化及其在航天医学领域中的应用展望，拟为开展微重力对ipscs影响的研究提供参考。
空间飞行的微重力环境会导致一系列航天医学问题的发生，包括骨丢失、肌肉萎缩、贫血、免疫功能下降和心血管系统紊乱等。研究显示，为适应空间独特的微重力环境，组织体细胞活性和干细胞分化能力会发生改变，进而导致相应生理系统问题的发生发展。成体干细胞是各种组织器官的祖细胞和支持细胞，具有自我更新和分化为多种功能细胞的潜能；参与多种组织器官(如骨骼和造血系统)的失效细胞的更替及疾病痊愈。
随着干细胞研究的不断发展和深入，微重力效应对成体干细胞、胚胎干细胞的影响逐渐成为空间生物学研究的热点。理解微重力对于细胞的影响将有助于阐明空间飞行期间的骨丢失、肌肉萎缩和贫血等生理变化的细胞分子机理，为采取针对性的防护措施提供理论和技术支持。
1 多能干细胞研究简述
多能干细胞包括escs、胚胎生殖细胞、胚胎肿瘤细胞和ipscs。有文献将生殖干细胞和骨髓的前体细胞也并人此列。在畸胎瘤中发现的ec是最早研究的多能干细胞。
由于致瘤性、分化潜能有限且不能形成嵌合小鼠，其研究价值逐渐被2023年分离培养成功的小鼠escs所取代。2023年john等通过分离原始生殖细胞培养后获得了人eg，同年从动物囊胚期内细胞团中分离培养获得了escs。这3种多能干细胞中escs最有研究和应用价值。
成熟的细胞由分化状态被逆转到未分化状态的过程称为细胞重编程。通过重编程可由体细胞获得多能干细胞。目前可实现体细胞重编程的方法包括：
细胞核移植、体细胞与多能细胞融合、用escs提取物处理体细胞口妇以及某些类型细胞在体外培养时自发产生。然而这些方法的应用条件复杂、重编程效率低。同时，核移植或细胞融合实验提示筛选出有效的多能性相关的特定因子可能有助于建立简便高效的重编程方法。
2诱导多能干细胞的建立。
受细胞重编程方法的启示，2023年takahashi等选择24种在小鼠早期胚胎、escs或肿瘤细胞中丰富表达的转录因子，通过组合、筛选，发现用oct4、sox2、c—，即ipscs。thomason等使用慢病毒介导oct4、sox2、nanog和iin28四个因子获得了人的ipscs，但得到的ipscs不能形成成年的嵌合体小鼠，且没有生殖系转移的能力，而这是鉴定多能干细胞的严格标准之一。随后发现其原因是使用了fbxl5启动子驱动的新霉素抗性基因来筛选ipscs，fb：
c15在escs中表达量较高，但在自我更新和多潜能性的维持中不是必需的。改进的筛选系统以oct4和nanog取代fbxl5，得到提高重编程的效率到既高效嵌合成年小鼠、又参与形成生殖系细胞的ipscs，并获得了ipscs衍生的后代小鼠。猴和猪体形与人相仿，器官大小、结构和功能最适合人体移植，因此在小鼠ipscs的基础上陆续又建立了猴、大鼠和猪的ipscs。
此外，大鼠escs很难获得，大鼠ipscs在escs未建系的情况下建立，为大鼠的转基因模式动物的建立奠定了基础。
3 重编程方法的优化。
根据基因导入方式的不同，重编程方法可分为病毒载体和非病毒载体两类。病毒载体包括逆转录病毒载体和慢病毒载体，其优点是诱导效率高(如新生儿包皮成纤维细胞重编程效率高达0．01％。缺点是外源因子永久整合基因组，有插人突变风险。
逆转录病毒载体一般只能转染**旺盛的细胞，腺病毒载体可实现外源基因的瞬时表达，但仍有外源基因的整合。非病毒载体的方法包括使用脂质体或piggybac转座子载体、mrna或microrna转染、蛋白质直接介导、小分子化合物联用等。重编程效率低和外源基因整合的风险是上述方法面临的共同难题。
物理微环境和机械张力影响间充质干细胞(msc)分化的证据越来越多，因此除了生物因素，细胞培养条件等物理因素对细胞重编程过程的调控也有必要进行研究。航天特殊环境如微重力、低氧可能影响重编程的效率。已有研究表明低氧条件可以提高重编程效率，促进escs向视网膜前体细胞分化，但是escs或ipscs对机械刺激的响应几乎未见报道。
4在航天医学中的应用。
航天飞行导致一系列生理性改变的主要原因是微重力条件，因此研究微重力效应对细胞功能的影响，特别是对维持组织细胞更新的干细胞的活性和功能的影响，找到关键性靶点是从根本上解决航天医学问题的关键，对胚胎发育生理学也有重要意义。研究表明，模拟微重力能抑制成体干细胞向力敏感性细胞(如成骨细胞和心肌细胞)的分化，而促进其向力不敏感细胞(如脂肪细胞)的分化。相对于正常的1g条件，3-d回转器模拟微重力条件有利于维持hmsc细胞增殖和透明软骨向分化潜能、促进肝干细胞的分化能力ⅲ和msc向髓核样细胞的分化潜能，但是大梯度强磁场模拟微重力效应抑制hmsc早期的成骨向分化，回转模拟微重力效应也抑制hmsc成骨向分化、促进脂肪向分化。
模拟微重力条件下mescs细胞总数减少、细胞增殖活性没有变化、粘附减弱、dna无损伤，但是影响辐射诱导损伤的修复，是否对多潜能的维持和谱系分化能力产生影响亟待研究。局部机械力影响mescs伸展方向，但分化后的细胞硬度增大，单个escs细胞中oct4表达水平改变。然而此方法或模拟微重力可否激活内源性重编程因子、促进重编程而成为不使用化学因子的更安全的重编程方法仍不明确。
模拟微重力对于细胞干性及分化潜能的影响的研究为解决微重力性骨丢失等诸多问题奠定了理论基础，但是力学传导的机制目前并不清楚。ipscs方法的建立必将为研究胚胎发育复杂的调控机制及遗传疾病机制提供优质的细胞和组织模型，为解决航天医学的基本问题提供新的思路。
生命科学导论作业
姓名 陈银银学号 20092484班级 自动化一班。第二章作业如下所示 1 生命体和非生命体相比，有哪些独有的特征？答 生命体应具有化学成分的统一性 严整有序的结构 新陈代谢 繁殖与遗传 应激性和适应 个体发育与进化等基本特征。不具备以上条件的都是非生命体。2 如何理解在不同的生命层次结构与功能的统...
生命科学导论作业
学院 航空航天学院姓名 侯诗琦学号 34520152201190课时 周四78节。一 什么是分离定律 每对性状受一对遗传因子控制，分别来自父本和母本。生殖细胞成熟时，成对遗传因子彼此分离，分配到不同配子中。受精后产生合子又恢复成对状态，虽然他们有显隐性之分，但彼此相互独立，隐性一方虽不表现，但仍独立...
生命科学导论作业
梦想，是生命的一片乐土。生命虽有形，但是生命的价值就在于追求无限的梦想。每个人都拥有追求梦想的权利，我们的梦想平凡但不平庸，我们的追梦之路坎坷但不轻易放弃。从生命科学角度来看生命，生命就是由细胞构成的个体，通过新陈代谢不断生长。生命是有形的，都是可见的，如一株正在成长的小花，一只奔跑的猎豹，以及忙忙...