IF:16.588|Laminins在細胞分化中的作用
1.Laminin和干細胞微環境
細胞內轉錄因子是干細胞分化的重要調節因子，但細胞外成分如生長因子、激素和細胞外基質（Extracellular Matrix，ECM）蛋白也在分化過程中起重要作用（圖1）。然而，從組織中分離純化ECM蛋白質難度極高，這阻礙了對ECM蛋白質的生物學功能以及對細胞分化機制影響的研究。
▲圖1.多能性胚胎干細胞(ESCs)分化為三個生殖層和一些特殊細胞類型。
▲表1. Laminin亞型及存在組織、作用和以及缺陷造成的影響
在體內干細胞微環境（Stem Cell Niches）中，細胞位于其他hESCs或與ECM蛋白相互作用的體細胞附近，后者也可以支持細胞表型。
Laminin影響干細胞和其他細胞的機制非常復雜，但它們涉及到與相鄰細胞質膜蛋白的相互作用。基于Laminin的干細胞培養分化方案，化學成分確定，無異源成分，在單細胞培養時不需要抗凋亡ROCK抑制劑，也無需經過胚狀體或類器官，能夠實現細胞大規模生產以及具有高度可重復性。從再生醫學中產生干細胞來源的細胞用于細胞治療的角度來看，這些尤其重要。
▲圖3. 層粘連蛋白亞型在小鼠（m）ESCs和小鼠心臟發育過程中的表達（Ref 2）
3.外胚層譜系分化
②用于視網膜和神經退行性疾病的神經外胚層來源細胞
神經外胚層來源的細胞譜系，主要通過來自成纖維細胞生長因子（FGF）、骨形態發生蛋白（ΒMP）、Wnt和激活素/結節的生長因子信號通路產生視網膜RPE細胞和光感受器。對這些信號通路的理解已成功地應用于以干細胞為基礎的治療帕金森病和年齡相關性黃斑變性（ΑMD）的研究。
在神經分化培養基中，hPSCs附著在LN511和LN521上，但不附著在LN111上，促進了胚胎干細胞向中腦祖細胞的分化。多巴胺能（Dopamine，DΑ）神經元細胞在LN111上的產量比最初的研究級分化方案提高了40倍。這種方法已經被EMΑ批準用于生產GMP級hESCs用于治療帕金森病。
目前成功促進RPE分化的方案通常是含異源動物成分，成分不明確，例如在含有明膠、膠原、Matrigel和血清的異源動物材料上進行RPE分化。而最近使用人源LN521分化RPE的方法，成功做到了無異源動物成分。目前在不同的眼球層中發現了七個Laminin亞型， LN511，LN521，LN111，LN121以及LN523，都存在于RPE層下方的Βruch膜層中。LN332，LN323和LN523出現在感光層周圍的基質中。感光區人源重組LN523已被用于建立感光環境模型，全長重組人LN511可以體外擴增人角膜緣上皮祖細胞。人重組Laminin LN332促進hiPSCs向角膜上皮細胞分化。此外，全長重組LN521支持hESCs向角膜緣上皮干細胞的分化。
對非人類靈長類動物胰島中不同Laminin亞型的篩選證實，胰島中可能存在LN521、LN511、LN421和LN411。這些Laminin亞型是小鼠和人胰島體外擴張和增殖的重要包被基質。
相關的人源重組Laminin（如LN521和LN411）已成功應用于原代胰島細胞培養系統，今后的工作將探討它們在支持hPSCs產生功能性胰腺祖細胞方面的潛力。鑒于胰島的結構復雜，因此必須考慮將多個胰島細胞類型整合到成分限定的3D結構中以及它們與支持微環境的相互作用。
②肝細胞分化
在人類胎兒肝臟中，主要的層粘連蛋白鏈除了存在于血管BM中的α4鏈，是α1、α3、α5、β1、β2和γ1。已有報道，LN521和LN521:LN111的組合（1:3的比例）可以促進hPSC分化為肝細胞樣細胞（Hepatocyte-like Cells，hLCs），hLCs具有成熟肝細胞特征和基因表達譜。在另一項研究中，LN511:LN111（1:3）可以支持hPSCs分化為肝母細胞樣細胞（Hepatoblast-like Cells）。經長期培養，這些肝母細胞樣細胞能夠在LN111單獨作用下維持其自我更新能力，并有可能進一步分化為hLCs和膽管細胞樣細胞。綜上所述，上述化學成分明確和無異源系統的有希望為未來治療慢性肝損傷的臨床應用提供新的方案。
▲圖4. Laminin亞型在器官發生過程中主要表達的單向發育表達譜
總結
Laminin真的是小身材大作用，既能促進hPSCs的克隆形成及擴增，又能支持干細胞分化為多種細胞類型，Laminin支持的分化方案重復性高，可建立化學成分確定，無異源動物成分體系，這是制備治療性干細胞來源細胞的前提。
References
1. Laminins in Cellular Differentiation. Lynn et al., Trends in Cell Biology, 2019
2. In Vivo Generation of Post-infarct Human Cardiac Muscle by Laminin-Promoted Cardiovascular Progenitors. Lynn et al., Cell Reports, 2019
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