使用由患者自己的皮肤细胞转换成的心脏细胞来造作造就皿疾病模型

     Science Daily 2013年1月27日：大无数罹患致心律变态性右心室心肌病(arrhythmogenic right ventricular dysplasia/cardiomyopathy, ARVD/C) 这一遗传性心脏病的患者，都是到20岁出面才知路他们的身段有问题。春秋较幼时不足症状使得钻研人员极难钻研ARVD/C的发病机造以及开发医治伎俩。2012年诺贝尔奖得主山中伸弥（Shinya Yamanaka）博士开发的一项以干细胞为基础的新技术，可援手解决这一问题。利用这一技术，钻研人员可能用患者自身的皮肤细胞生有意肌细胞。然而，这些新生心脏细胞大多是不成熟的，这不禁让钻研人员提出质疑：是否可能利用这些细胞来仿照成年期发生的疾病呢？

     在颁发于1月27日《天然》（Nature）杂志上的一篇论文中，斯坦福-伯纳姆医学钻研所(Sanford-Burnham)和约翰霍普金斯大学的钻研人员将第一个基于成熟的ARVD/C 的“造就皿中的疾病”（disease in a dish）模型公诸于世。这一模型是利用山中伸弥的技术天生，天生的细胞代谢更靠近成人心脏，从而为仿照疾病细胞成熟提供了一种新步骤。相迸宗其它模型，这一模型有可能与人类ARVD/C更有关，因而更适合用于对该疾病进行钻研及检测新疗法。
 
     “要证实造就皿中的疾病模型与成人发生性疾病拥有临床有关性这点是相当难题的。但在这里我们获得了一个重要的发现——只有当我们诱导成人样代谢发生时，我们能力重现该疾病缺点。这是一个重要的突破，由于ARVD/C症状通常要到成年早期才会出现；并且我们在钻研的干细胞在性质上是胚胎状态，”该钻研的资深作者、斯坦福-伯纳姆医学钻研所副教授Huei-Sheng Vincent Chen说。
 
     为了成立这一模型，Chen与约翰霍普金斯大学的ARVD/C心脏病学专家Daniel Judge博士、Joseph Marine博士和Hugh Calkins发展了合作。 “目前还没有可能阻止ARVD/C疾病过程的医治伎俩。有了这一新模型，我们进展能为这一危及性命的疾病开发出更好的医治步骤，” 约翰霍普金斯大学医学院遗传性心脏病中心的医学照拂Judge副教授说。
 
造就皿中的疾病

     为了在尝试室中重建患者特异性ARVD/C，钻研幼组首先从ARVD/C患者身上获得了皮肤样本。这些患者均携带有据信与该疾病有关的某些突变。随后他们选取了Yamanaka的技术：增长一些分子拨回这些成人皮肤细胞的发育时钟，以使它们天生胚胎样的诱导多能干细胞(iPSCs)。之后钻研人员诱导这些iPSCs天生了可无限供给的患者特异性心肌细胞。这些心肌细胞内容上大多处于胚胎状态，只是还携带着患者原有的基因突变。
 
     然而，近一年来，无论他们怎么致力，钻研幼组也无法让他们的ARVD/C心肌细胞出现出任何该疾病的征象。不足成人发生ARVD/C的现实征象，这些不成熟的、患者特异性的心肌细胞也就不能用于钻研疾病或测试新医治药物。

加急剧度
 
     最终，钻研幼组获得了灵感。他们发现代谢成熟是诱导他们的胚胎样细胞出现ARVD/C（成人。┱飨蟮墓丶。葡萄糖是人类胎儿心肌细胞的重要能量起源。相比之下，成体心肌细胞则更喜欢利用脂肪来天生能量。因而Chen钻研幼组利用几种鸡尾酒来诱导他们模型中的这种成体代谢转变。

     经历屡次试验，他们发现代谢变态是ARVD/C疾病的主题。此表，Chen钻研幼组能够使患者特异性心肌细胞像患病ARVD/C心脏一样拥有同样的阐发，这是该钻研的最后一个难题：一种称作PPAR蛋白质的异常过度激活？蒲Ъ颐窃缒杲獳RVD/C的病因综合于心肌细胞之间的衔接减弱，而这种情况只发生在半数的ARVD/C患者中。有了这个新建的模型，他们不仅可在造就皿中重现这一成人发生疾病，还可为医治ARVD/C提供了新的潜在药物靶点。
 
下一步做什么？

     Chen的钻研幼组近期获得了加州再生医学钻研所的新钻研赞助，以构建其它的基于iPSC的ARVD/C模型。随着更多的ARVD/C模型诞生，他们将可能确定是否所有的患者都是由该钻研中发现的一样代谢缺点所致。
 
     Chen也但愿与约翰霍普金斯大学的钻研团队合作发展临床前钻研，为这一致命性心脏病寻找新疗法。

点评: 用Yamanaka的技术产生的患者特异性心肌细胞属于刷新的新物种细胞，在此基础上成立的模型也与患者自身细胞个性分歧，只管钻研幼组利用几种鸡尾酒来诱导模型中的这种成体代谢转变，提供新的潜在药物靶点，其了局是否可能合用于人体仍是未知。
 
有关文件：

Author: Changsung Kim, Johnson Wong, Jianyan Wen, Shirong Wang, Cheng Wang, Sean Spiering, Natalia G. Kan, Sonia Forcales, Pier Lorenzo Puri, Teresa C. Leone, Joseph E. Marine, Hugh Calkins, Daniel P. Kelly, Daniel P. Judge & Huei-Sheng Vincent Chen

【Abstract】Cellular reprogramming of somatic cells to patient-specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) enables in vitro modelling of human genetic disorders for pathogenic investigations and therapeutic screens1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. However, using iPSC-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) to model an adult-onset heart disease remains challenging owing to the uncertainty regarding the ability of relatively immature iPSC-CMs to fully recapitulate adult disease phenotypes. Arrhythmogenic right ventricular dysplasia/cardiomyopathy (ARVD/C) is an inherited heart disease characterized by pathological fatty infiltration and cardiomyocyte loss predominantly in the right ventricle8, which is associated with life-threatening ventricular arrhythmias. Over 50% of affected individuals have desmosome gene mutations, most commonly in PKP2, encoding plakophilin-2 (ref. 9). The median age at presentation of ARVD/C is 26 years8. We used previously published methods1, 10 to generate iPSC lines from fibroblasts of two patients with ARVD/C and PKP2 mutations11, 12. Mutant PKP2 iPSC-CMs demonstrate abnormal plakoglobin nuclear translocation and decreased β-catenin activity13 in cardiogenic conditions; yet, these abnormal features are insufficient to reproduce the pathological phenotypes of ARVD/C in standard cardiogenic conditions. Here we show that induction of adult-like metabolic energetics from an embryonic/glycolytic state and abnormal peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR-γ) activation underlie the pathogenesis of ARVD/C. By co-activating normal PPAR-alpha-dependent metabolism and abnormal PPAR-γ pathway in beating embryoid bodies (EBs) with defined media, we established an efficient ARVD/C in vitro model within 2 months. This model manifests exaggerated lipogenesis and apoptosis in mutant PKP2 iPSC-CMs. iPSC-CMs with a homozygous PKP2 mutation also had calcium-handling deficits. Our study is the first to demonstrate that induction of adult-like metabolism has a critical role in establishing an adult-onset disease model using patient-specific iPSCs. Using this model, we revealed crucial pathogenic insights that metabolic derangement in adult-like metabolic milieu underlies ARVD/C pathologies, enabling us to propose novel disease-modifying therapeutic strategies.

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature11799.html