[发明专利]调控磷脂酰肌醇蛋白聚糖4的活性以调节干细胞的命运及其用途

说明书

本发明涉及用于调节干细胞和祖细胞之自我更新和分化的特性以使得避免与基于细胞之疗法相关的畸胎瘤风险的方法。因此，本发明还涉及新的基于干细胞的疗法，其用于治疗人的病理状态例如退行性疾病、心脏病、代谢疾病和损伤。

尽管在临床中已经有若干进展以对抗不同人疾病的症状，但是鉴定有效的和持久的疗法仍然是热门话题。在损伤以及神经元、心脏和肌肉退行性疾病的情况下，这尤其相关。该类型疾病的当前疗法集中在施用可减轻患者症状的药理学试剂。然而，这些治疗常常引起副作用并且不会使疾病进展停止。例如，时下用左旋多巴和多巴胺受体激动剂治疗患有帕金森病的患者。然而，此类治疗的有效性在数年之后趋于降低并且引起副作用(例如头晕和幻觉)。

另一个主要的社会和经济问题与治疗心血管疾病有关。对血管造影、搭桥手术和血管成形术有大量的需求。事实上每年进行超过一百万个心脏血管造影，这代表了巨大的年度费用。不过，对于心脏病患者而言，该昂贵的手术在身体上具有侵害性和创伤性。另外，基于大量分析，显示这些钱中的大部分都浪费了。事实上，基于评价病史，已经显示该类型的手术在致命性上是疾病的5倍至10倍，并且在许多情况下并非有效。

因此，需要替代性和有效的策略以对抗多种毁灭性的人疾病。

对干细胞进行的研究导致使用它们达到该目的的可能性。通过其自我更新并分化成多种细胞类型的能力来定义的干细胞在医学和药理学应用中有很大希望。迄今为止，它们可通过不同的方式获得。例如，可从胚胎中分离干细胞(胚胎干细胞或ESC；Martin等(1981)Proc.Natl.Acad.Science USA78：7634-7638)。它们也存在于成体组织中，但是它们的分化潜能与ESC相比更受限制，ESC具有分化成所有体细胞类型的独特特性。最近，通过正常皮肤细胞的去分化还产生了一种新型多能干细胞。这些干细胞称为诱导性多能干细胞(iPS细胞；Takahashi等(2007)Cell131：861-872)。它们保持ESC的类似特性和独特治疗潜能，同时能够克服移植中免疫排斥的风险和与破坏胚胎有关的伦理问题。

目前，开发中的策略包括移植干细胞，操作患者自身的干细胞和使用发出生物化学信号或药物以刺激干细胞起作用的支架材料。然而，干细胞在临床中的应用仍然有赖于研究人员克服主要实际挑战的能力。第一，分离和维持干细胞需要进一步改进培养条件。第二，需要大幅度增强干细胞分化的效率。第三，干细胞的分化导致异源的细胞群体而不是同源的细胞群体，这种情况妨碍药物研发和治疗(Xi和Zhang(2008)J.Cell.Biochem.105：1153-1160；Murry和Keller(2008)Cell 132：661-80)。第四，这些异源培养物含有残留的多能干细胞，当其植入体内时倾向于发展成肿瘤或畸胎瘤(Blum等(2009)Cell Cycle8：3822-30)。因此，在医学和病理学中成功开发干细胞的先决条件是建立作用于容易接近且具有多效性功能的干细胞生物学关键调控子的有效且用户友好的方法。

细胞命运和行为取决于它们的微环境(包括可溶性生长因子、细胞外基质相互作用和细胞-细胞相互作用)。可溶性生长因子是主要的信号转导参与者之一。特别地，它们单独或组合作用以推动生理和病理病症中的细胞命运，并且它们根据其受体活化的时间和强度对所靶向的细胞引发不同的生物结果。细胞表面蛋白质(例如硫酸肝素蛋白聚糖，磷脂酰肌醇蛋白聚糖(Glypican，Gpc))在调控分泌的肽与细胞的相互作用水平中起主导作用。

磷脂酰肌醇蛋白聚糖蛋白质由通过GPI锚与细胞膜相连并且具有附接的糖胺聚糖(GAG)链的核心结构域组成。有人提出磷脂酰肌醇蛋白聚糖通过GAG链结合至大批细胞外基质蛋白质，例如趋化因子、生长因子/形态发生素(morphogen)(Filmus等(2008)Genome Biol.9：224；Fico等(2007)Cell Mol Life Sci.)。结合后，根据周围环境中的配体浓度，磷脂酰肌醇蛋白聚糖可促进这些细胞外信号与受体相互作用或使阻止它们以下调/阻断受体活化(Gutierrez等(2010)Mol.Cell.Biol.30：1634-1649；Yan等(2009)Developmental Cell 17：470-481)。遗传学和胚胎学研究证明磷脂酰肌醇蛋白聚糖调控形态发生期间和成人生理的细胞信号转导事件(Galli等(2003)Development130：4919-4929；Luxardi等(2007)Biochem.Biophys.Res.Comm.352：55-60)。