人诱导多能干细胞在药物早期毒性评价中的应用

人诱导多能干细胞与人胚胎干细胞相似,在体外可分化为各种类型的体细胞,其来源充足,可针对个人或某种疾病取材,为药物早期毒性评价体外替代方法提供了一个新的可选细胞模型。目前,利用人诱导多能干细胞获得的心肌细胞用于药物引起的心率改变、QT间期延长和心肌损伤等心脏毒性评价;利用其获得的神经细胞,结合高通量、高内涵技术及电生理学技术,可用于药物引起的神经突出生长异常、电生理改变及神经发育毒性评价;利用人诱导多能干细胞可获得个体特异性的大量肝细胞,具有较高的细胞色素P450酶活性,能够比较真实的反映人肝细胞的代谢特征,用于评价药物肝细胞毒性;人诱导多能干细胞具有多能性,在体外可分化为外、中和内胚层,具有用于发育毒性评价的可能性,对三胚层相应标志分子的检测有助于发育毒性评价终点的确立;人诱导多能干细胞还可用作3D培养的种子细胞,构建三维立体组织和器官模型,用于药物早期毒性评价,进一步缩小细胞水平与体内水平评价结果的差异。

基于人胚胎干细胞健康安全评价体系的构建

食品、药品、医疗器械和材料、生物制剂以及环境的质量和健康安全是政府和民众十分关注的热点问题。目前国际标准的健康安全评价检测方法以微生物、动物及其细胞作为载体,不能准确反映人类的生物学特征,预测人体心、肝等靶器官毒性及发育毒性的准确率偏低,在技术层面严重制约了人类健康安全的评价和监控。如何建立准确反映人类生物学特征的健康安全评价体系是关系国民健康安全的重大科学问题^（[1]）。

多柔比星斑马鱼胚胎心脏发育毒性表现

目的通过观察多柔比星的斑马鱼胚胎心脏毒性表现,为其作为心脏毒性评价模型提供可靠的检测指标。方法选择发育正常的6hpf(hours post fertilization)斑马鱼胚胎暴露于多柔比星2.16～34.48μmol·L-148h。显微镜观察72hpf斑马鱼心血管系统的形态学改变。通过DVC摄像系统测定心率;测量静脉窦-动脉球(SV-BA)间距,HE染色观察斑马鱼心肌结构。结果多柔比星2.16μmol·L-1组斑马鱼心血管系统形态无改变,但心率下降,为(166±5)min-1;SV-BA间距增加,为(237±13)μm。多柔比星4.31μmol·L-1可引起斑马鱼出现心包水肿,心脏畸形,心率减低,为(166±5)min-1;SV-BA间距增加,为(268±13)μm。随着多柔比星浓度增加,斑马鱼出现体长缩短、体节发育异常、脊柱弯曲、卵黄囊水肿、出血、心脏缩小等多种表型改变。心脏组织切片显示,多柔比星8.62μmol·L-1可引起斑马鱼心包腔变大、心脏缩小、心肌层变薄和心肌细胞减少。结论多柔比星对斑马鱼胚胎心脏毒性作用的表现与对哺乳动物的毒性作用表现相同,有望成为评价药物心脏发育毒性的模型。

T-2毒素对小鼠胚胎干细胞线粒体功能的抑制作用

目的观察T-2毒素对小鼠胚胎干细胞(mESC)线粒体功能的毒性作用,探讨其胚胎毒性的可能作用靶点与作用机制。方法处于分化过程中的mESC加入T-2 0.5μg·L-1分别作用24,72及120 h,同时设Trolox 200μmol·L-1预处理后30 min再加入T-2毒素0.5μg·L-1染毒72 h组。透射电子显微镜观察线粒体内结构;罗丹明123荧光探针法流式细胞术检测mESC内线粒体膜电位,氧电极法检测线粒体呼吸速率,计算呼吸控制比,荧光素-荧光素酶发光法测定ATP合成酶活性。结果透射电镜观察可见,T-20.5μg·L-1作用72与120 h组mESC内线粒体数量明显减少,结构变形,线粒体中少见或缺少完整的嵴,与正常对照组相比,mESC内线粒体呼吸控制比分别下降49.5%和55.1%(P<0.05),ATP合成酶活性分别下降84.9%和89.3%(P<0.05),mESC线粒体膜电位下降23.2%和35.2%(P<0.05)。Trolox预处理可以改善T-2毒素对上述线粒体功能指标的抑制作用。结论 T-2毒素可降低mESC的线粒体功能,进而抑制mESC的分化能力,可能是其胚胎发育毒性的作用机制之一。

白藜芦醇通过上调小鼠胚胎干细胞过氧化物酶体增殖激活受体γ共激活子1α表达促进其分化为心肌细胞

目的观察白藜芦醇对小鼠胚胎干细胞(ESC)分化为心肌细胞的调节作用,并探讨其机制。方法 采用悬滴悬浮培养法培养ESC。白藜芦醇0.44,4.4和44μmo.lL-1处理ESC 96 h。光学显微镜下记录每组自发心肌搏动数;透射电镜观察细胞内线粒体结构;实时PCR方法测定α-肌球蛋白重链(α-MHC)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)、PPARγ共激活子1α(PGC-1α),核呼吸因子-1(NRF-1)、线粒体转录因子A(mtTFA)和线粒体呼吸链复合体Ⅳ(COXⅣ)的基因表达;Western蛋白印迹法检测PPARγ,α辅肌动蛋白和PGC-1α蛋白表达。结果 与正常对照组相比,白藜芦醇0.44和4.4μmo.l L-1可增加ESC细胞分化为自发搏动的心肌细胞数,并明显上调分化的ESC心肌特异性基因α-MHC表达,约分别为正常对照组的5.6和3.7倍;上调心肌细胞特定标识蛋白α辅肌动蛋白的表达,约为正常对照组的1.7和2.1倍;提示白藜芦醇可以促进ESC分化为心肌细胞。白藜芦醇干预各组均可上调PPARγ基因和蛋白表达,同时白藜芦醇0.44和4.4μmo.lL-1可以明显上调线粒体生物合成相关因子基因表达;白藜芦醇4.4μmo.lL-1处理组线粒体数目增多,提示线粒体生物合成可能是ESC分化为心肌细胞的重要机制。结论 白藜芦醇可以通过激动PPARγ受体并上调由PGC-1α介导的线粒体生物合成,从而促进ESC分化为心肌细胞。

促性腺激素释放激素在雌二醇诱导的大鼠青春期启动提前中的作用

目的探讨促性腺激素释放激素(Gn RH)在雌二醇(E2)诱导大鼠青春期启动提前中的作用。方法 18日龄雌性SD大鼠分别经口给予玉米油和E250μg·kg-1,连续给药5 d。观察大鼠阴道开口时间及卵巢组织变化;Western蛋白印迹法检测下丘脑的Gn RH、G蛋白偶联受体54(GPR54)和磷脂酶C(PLC)蛋白表达水平。结果与玉米油对照组相比,E2组大鼠阴道开口时间显著提前约12.2 d(P<0.01)。卵巢组织切片可见黄体,且下丘脑Gn RH,GPR54和PLC蛋白表达水平分别增加47%,55%和56%(P<0.05)。结论 E2诱发的大鼠青春期启动时间提前可能与调节下丘脑Gn RH,GPR54和PLC表达相关。