胚胎干细胞分化为平滑肌细胞的分子机制研究

利用本实验室建立的维甲酸（RA）诱导胚胎干细胞（ESCs）高比例分化为平滑肌细胞（SMCs）的模型和诱导多潜能干细胞iPS分化SMCs模型，探索平滑肌细胞分化的分子机制。以RA代谢关键酶Cyp26s为重点，分析早期分化细胞Cyp26s的表达和活性差异，通过ICC、RealTime-PCR和RNAi等方法探索RA诱导ESCs早期多向分化和分化过程中伴随着大量调亡现象的机理。结合分化过程细胞表面标志变化规律，证明RA诱导ESCs向SMCs分化并诱导非平滑肌细胞凋亡的双重调节作用的假说。辅以RA对小鼠体内SMCs分化发育影响的研究，阐明SMCs分化过程中关键基因表达调控规律，揭示SMCs的胚层起源。本研究可以为控制SMCs分化，大量培养SMCs作为心血管组织工程供体或建立心血管疾病机理研究细胞模型提供更多科学依据，也为维甲酸类药物应用于心血管病临床治疗提供理论依据。

平滑肌细胞是重要的体细胞类型，在心血管、消化道等组织器官中发挥重要的作用，在心血管病等重大疾病的发生发展过程中起关键作用。胚胎干细胞来源的平滑肌细胞是心血管再生医学和组织工程研究和应用的重要细胞类型。理解胚胎干细胞向平滑肌分化的分子机理是稳定高效获得平滑肌细胞的基础。本课题在自主建立的维甲酸高效诱导胚胎干细胞分化为平滑肌的技术方法的基础上，探索了分化过程中高浓度维甲酸通过高表达维甲酸降解酶Cyp26s筛选平滑肌细胞的作用机制，结果显示Cyp26s在胚胎干细胞向平滑肌分化的过程中不具有决定性的作用。探索了信号通路在胚胎干细胞向平滑肌分化中的作用，发现Wnt信号通路和Erk信号通路在胚胎干细胞向平滑肌分化的过程中起关键作用；抑制Erk信号通路可以显著提高RA诱导平滑肌细胞的分化效率和速度；激活Wnt-β-catenin信号通路则显著阻滞了ES细胞的平滑肌分化，而抑制Wnt-β-catenin信号通路明显促进平滑肌分化。阐明胚胎干细胞广泛表达丧失和平滑肌特定限制性表达谱获得的过程及其分子机理是重要的科学问题，发现广泛表达调控因子Aire特征性的表达于ES细胞上和ES细胞异质性的基础上，发现了Aire调控ES细胞自我更新及广泛表达的Lin28通路。间充质干细胞是包括平滑肌在内的多种间质细胞谱系的前体细胞，根据已有的文献报道和我们的研究均证明间充质干细胞可以向平滑肌分化的证明，研究获得的大鼠间充质干细胞表面蛋白质组学数据，综合分析了胚胎干细胞和间充质干细胞的表面蛋白质组，揭示了胚胎干细胞到间充质干细胞基因广泛表达到限制性表达的规律，这些研究为进一步解析ES向平滑肌分化中间过程的分子机理提供了重要的基础。