基于诱导多能干细胞的巨颌症人类细胞动物模型的建立与治疗系统的开发

Abstract: It remains elusive to understand the developmental process of hereditary diseases associated with abnormal craniofacial proliferation，the clinical therapies of which are often limited to complete surgical removal, resulting in loss of important facial tissue and social psychological disorder. Therefore, it is imperative to unravel the molecular process of the diseases and develop alternative therapies. Taking advantage of cherubism, this research project, based on induced pluripotent stem cell technique, reprogrammed somatic cells from cherubism patients to cells akin to embryonic stem cells and differentiate them to cell types that are present in the disease, which avoids biological difference between human beings and mice, more appropriate for developing approaches for human diseases. Mouse model of human cells will be established by transplanting multiple disease-associated cell types into immune compromised mice, recapitulating the pathogenic process and serving as a platform for drug screening. The consummation of this project will be an important exploration to hereditary craniofacial disease, shielding light on establishing in vivo human cell model and understanding molecular mechanism of the disease and provide a platform for development of therapeutic approaches.

-众多遗传性颅颌面部增生病症的发展过程至今仍不甚清楚，临床治疗也多局限于外科手术切除为主，造成患者重要的面部组织缺失与社会生活心理障碍。因此，这类疾病的治疗亟待分子病理机制的研究与新的替代疗法的开发。本项目研究以巨颌症为代表，基于iPSCs技术，将来自患者的成体细胞诱导成具有胚胎干细胞特征的细胞，进而将其分化成疾病细胞类型以再现疾病的病理过程，避免了人类细胞与小鼠细胞模型的不同生物学特性，更有利于适用于人的新型治疗方法的开发。通过移植疾病相关的多种细胞类型至免疫缺陷小鼠，在小鼠体内用人类细胞模拟疾病产生过程，进而建立人类细胞的体内动物模型与药物开发平台，以供用于病症机制研究与靶向治疗手段的开发。该项目的完成将是颅颌面部遗传性疾病研究的一次重要探索，为建立人类细胞的动物模型提供研究基础，为此类疾病的病理机制研究及治疗方法的开发提供平台。

众多遗传性颅颌面部增生病症的发展过程至今仍不甚清楚，临床治疗也多局限于手术切除为主，但创伤大，并发症多，易复发。造成患者重要的面部组织缺失与社会生活心理障碍。因此，这类疾病的治疗迄待分子病理机制的研究与新的替代疗法的开发。如何将目前对遗传性疾病的认识转化为临床可用的治疗手段仍是前此类疾病研究中的热点与难点。如何将体外细胞培养中对疾病病理过程的认识和小鼠体内动物模型中对疾病的认识转化为可用于临床的有效治疗手段，在此转化过程中，一个关键的问题就是这些研究结果是来自于人类疾病的细胞，还是完全依赖于小鼠细胞；结果是体内实验数据，还是体外细胞培养结果。其中，来自于人类细胞的体内实验数据显然更能反映实际的病理过程。诱导多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs）是通过在体细胞内表达胚胎干细胞相关基因（Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc）,使其变成具有胚胎干细胞特性的一种多能干细胞。将遗传病特异性多能干细胞分化成疾病细胞类型则可用于建立体外人类疾病模型，揭示疾病发病机制，进行药物筛选与药效评估，具有重要的应用前景。巨颌症临床表现为坚硬、无痛性、对称的良性颌骨肿大，病人呈颜面下部膨隆、颊颌丰满，伴有言语困难，病变处牙齿缺失，下颌部淋巴结肿大。有时伴有上颌肿大使眼球上翻，露出白色巩膜，基因组测序鉴定出位于染色体4p16上的SH3BP2基因突变。.本项目以巨颌症为代表，在体外原代培养成功巨颌症患者切除组织中的成纤维细胞，然后体外培养得到的成纤维细胞通过慢病毒转染胚胎干细胞4种相关基因（OCT4,SOX2,KLF4,CMYC）成功诱导了具有胚胎干细胞特性的多能干细胞（induced Pluripotent Stem Cells, iPSCs）。进而将诱导得到的多能干细胞体外分化成与巨颌症相关性强的两种细胞类型（成骨细胞与破骨细胞），并混合在纳米羟基磷灰石的细胞支架上移植于免疫缺陷小鼠背部皮下，在动物体内用人类细胞再现人类疾病的发展过程，并以此为基础进行药物筛选与治疗手段的开发与评估测试，也为其他类似疾病的治疗与研究提供思路。该项目的完成是颅颌面部遗传性疾病研究的一次重要探索，为建立人类细胞的动物模型提供研究基础，为研究此类疾病的病理机制提供全新的思路，为临床治疗手段的开发提供平台。