近年來體細胞領域重要研究進展一覽

　　近日，發表在國際雜志Cell上的一項最新研究中，來自中國上海的研究人員在世界上率先利用一種經過改進的體細胞核移植技術克隆出第一批非人靈長類動物---食蟹猴，研究人員希望利用這種改進的技術培育出遺傳上相同的靈長類動物群體，以便提供更好的癌癥等人類疾病的動物模型。

　　那么近年來體細胞研究領域還有哪些值得關注的重要研究成果呢？本文中小編對相關研究進行了整理，分享給大家！

　　【1】重磅！世界上首例體細胞克隆猴在中國誕生

　　doi：10.1016/j.cell.2018.01.020

　　克隆羊多莉（Dolly）誕生于1996年7月5日，1997年首次向公眾披露。它被美國《科學》雜志評為1997年世界十大科技進步的第一項，也是當年最引人注目的國際新聞之一。在培育多莉羊的過程中，科學家們采用體細胞克隆技術，這種技術也稱作體細胞核移植（somatic cell nuclear transfer， SCNT）。SCNT是動物細胞工程技術的一種常用技術手段，涉及將供者體細胞核移入去核的卵母細胞中，使后者不經過精子穿透等有性過程（即無性繁殖）就可被激活、分裂并發育為新的胚胎，這個胚胎最終發育為動物個體。

　　繼克隆羊多莉出現后，科學家們先后克隆出狗、豬、貓和牛等20多種其他的動物物種。克隆，這個以前僅在科學研究領域出現的術語變得廣為人知。但是在此之前，人們還不能夠克隆出活的靈長類動物。

　　如今，在一項新的研究中，來自中國上海的研究人員在世界上率先利用一種經過改進的SCNT技術克隆出第一批非人靈長類動物---食蟹猴（Macaca fascicularis）。他們希望利用這種改進的技術培育出遺傳上相同的靈長類動物群體，以便提供更好的癌癥等人類疾病的動物模型。這種技術也可能與CRISPR-Cas9等基因編輯工具組合使用，以便培育出經過基因改造的帕金森病等人類疾病的靈長類動物大腦模型。相關研究結果于2018年1月24日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Cloning of Macaque Monkeys by Somatic Cell Nuclear Transfer”。

　　【2】Science：華人團隊解決異種器官移植難題

　　近日，《科學》雜志在線刊登了一項重量級的研究。來自浙江大學、云南農業大學、重慶第三軍醫大學、哈佛大學以及其他科研機構與公司的團隊使用CRISPR-Cas9基因編輯技術，一舉解決了將豬器官移植到人體內的關鍵難題。這項研究的通訊作者是2017全球青年領袖，80后科學家楊璐菡博士。

　　器官移植手術影響了全球數百萬人的生命。以美國為例，此時此刻，正在排隊等待器官移植的患者人數高達12萬。然而，每年能夠用于移植的器官數量非常有限，成功進行的器官移植手術僅有3萬多例。據估計，在2016年，每天都有22名患者在等待器官移植的過程中死去。

　　上世紀90年代，醫學研究者們曾嘗試解決這一問題。他們給出的策略是異種移植，即在人體內移植入動物器官。在這些動物中，豬的器官在尺寸與功能上和人體器官較為接近，因此也獲得了研究人員的關注。然而，豬的基因組里含有內源性逆轉錄病毒（PERV）的序列，對人體有潛在的健康風險。直接將豬的器官移植入人體，可能會導致新型疾病的傳播。幾十年里，科學家們也一直在試圖解決這個難題。

　　【3】Cell Stem Cell：核移植技術重編程能力比誘導型多能干細胞技術更強

　　doi：10.1016/j.stem.2013.11.005

　　近期，高紹榮博士實驗室在《Cell Stem Cell》雜志在線發表題為“Pluripotent cells reprogrammed via nuclear transfer show enhanced telomere rejuvenation relative to induced pluripotent stem cells”的文章。

　　核移植（somatic cell nuclear transfer）和誘導型多能干細胞（iPSCs）是體細胞重編程的兩種最主要的技術手段。核移植技術與誘導型多能干細胞的重編程能力是否存在差異一直是人們非常關注的問題。2009年，高紹榮實驗室通過四倍體互補實驗，獲得了全部由ips細胞發育而來的小鼠，證明了誘導型多能干細胞和核移植胚胎干細胞一樣具有真正的多能性。但是，這是以健康個體來源的體細胞作為供體細胞的情況。未來的體細胞重編程應用于臨床研究時，主要面向的是病人而非健康個體。那么在以有缺陷的細胞作為供體細胞時，核移植技術和誘導型多能干細胞的重編程能力又是否存在差異呢？

　　本文中，作者利用端粒酶敲除（Terc-/-）小鼠作為模型來模擬人類衰老過程中發生的端粒和線粒體功能障礙。端粒和線粒體功能障礙對于衰老相關的疾病的發生有重要的影響。作者分別建立了Terc-/-小鼠的核移植胚胎干細胞系（ntESCs）和誘導型多能干細胞系（ipsCs）。

　　【4】中國科學家建立單倍體體細胞遺傳篩選體系

　　單倍體細胞在遺傳篩選和轉基因動物培育中具有重要價值。前期研究獲得了哺乳動物的單倍體胚胎干細胞，但是單倍體胚胎干細胞在體外培養和分化過程中會發生自發二倍化，對建立單倍體體細胞遺傳篩選體系帶來挑戰。

　　中國科學院院士、中科院動物研究所研究員周琪研究組通過活細胞觀察，證實單倍體胚胎干細胞在分裂時發生有絲分裂滑移使細胞從中期直接進入間期，從而導致二倍化。用調控分裂中期關鍵靶點的小分子抑制劑進行篩選，發現CDK1和ROCK通路是調控單倍體胚胎干細胞二倍化的關鍵通路。通過添加ROCK抑制劑，能將單倍體胚胎干細胞分化為三個胚層的單倍體體細胞，包括神經干細胞（可進一步分化為成熟神經元和星形膠質細胞）、心肌細胞和胰島細胞。利用PiggyBac轉座子系統構建的單倍體神經細胞突變庫，可用于神經毒素Mn2+的抗性基因篩選，并證實Park2在神經細胞抵抗Mn2+神經毒性過程中有重要作用。

　　【5】Stem Cell Rep：科學家利用干擾重編程技術成功將成體細胞轉化成為祖細胞樣細胞

　　DOI：10.1016/j.stemcr.2017.10.022

　　一種名為干擾重編程（interrupted reprogramming）的修飾化ips方法能夠進行一種高度可控、更加安全且具有成本效益的策略來通過成體細胞產生祖細胞樣的細胞，日前，一項刊登在國際雜志Stem Cell Reports上的研究報告中，來自加拿大的研究人員成功將成年小鼠的呼吸道細胞（Club細胞）轉化成為大量純化的誘導祖細胞樣細胞（iPL細胞），這些細胞能夠保留其父母輩細胞譜系的殘留記憶，因此就能產生成熟的Club細胞，此外，這些細胞還有望作為細胞替代療法來治療囊性纖維化的小鼠。

　　多倫多大學的研究者Tom Waddell表示，再生醫學關鍵路徑上的一個主要障礙就是缺少合適的細胞來恢復機體功能或修復損傷，我們這種方法首先純化我們想要純化的細胞類型，隨后對其操作給予其祖細胞的特性，這些細胞就能快速生長并且產生一些類型的細胞。盡管帶來了重大的進展，但這些操作步驟也存在一定的局限性，比如理想細胞類型產出和純度較低等，同時未發育的細胞也會存在形成腫瘤的可能性；目前針對所有細胞類型并沒有標準的方法，而基于患者自身衍生的多能細胞所開發的個體化療法依然非常昂貴和耗時；研究者Waddell表示，很多年以來我們一直在尋找有效治療肺部疾病的細胞療法，關鍵的一點就是如何獲得合適的細胞類型，為了避免排斥反應我們通常會利用現實中病人的細胞來進行研究。

　　【6】機器人操作體細胞克隆豬誕生

　　經過兩個多月漫長等待，一份特殊的“親子鑒定”報告近日出爐。13頭克隆小豬與“代孕”母親無血緣關系，僅與供體細胞存在“親子關系”。這從醫學上表明了世界首例機器人操作的體細胞克隆豬在天津誕生。

　　較之以往的“手工操作”克隆技術，此次機器人自動化“操刀”，用力更小，對細胞傷害更少，精度更高，體細胞克隆技術成功的關鍵指標“囊胚率”也從10%提高至20%。

　　“機器人操作體細胞克隆豬”研究來自南開大學機器人所趙新教授領導的跨學科研究團隊。體細胞克隆是改良生物品種的經典方法之一。它將普通品種卵母細胞的細胞核去除后，注入優良品種的體細胞，獲得的后代一定是優良品種。然而，成功率極低是體細胞克隆技術發展的瓶頸。

　　南開大學研究團隊展開科研攻關，研制出集檢測分析與操作于一體的原位顯微分析與操作儀，實現了機器人化的細胞核移植流程，包括卵母細胞撥動尋找極體、抽核和體細胞注入3個部分。科研人員通過分析微操作工具與細胞接觸過程中的細胞受力情況，分別實現了基于最小力的細胞撥動與抽核，保證了細胞核移植操作過程中細胞受力最小。

　　【7】Cell Stem Cell：新型混合劑可將成體細胞重編程為多能性干細胞

　　doi：10.1016/j.stem.2014.07.003

　　近日，刊登在國際著名雜志Cell Stem Cell上的一篇研究論文中，來自希伯來大學的研究人員開發了一種新型的混合劑，其可以高效地誘導成體細胞轉變成為高質量的多能性干細胞；再生醫學是一項最新涉及多種領域的研究項目，其主要目的是通過細胞移植移除機體損傷的細胞、組織或者器官，由于基于人類胚胎的干細胞會產生一些倫理道德問題，而其也是一種可以促進成體細胞重編程為胚胎樣狀態細胞的一種有效途徑。

　　誘導多能性干細胞（iPSCs）可以被用于移除那些損傷的細胞或組織，然而科學家們發現，重編程成體細胞的過程可以引入遺傳異常，從而限制細胞在研究和醫學領域的有效性；為了制造iPSCs，研究者將成體細胞暴露于胚胎干細胞的活性基因混合劑中，ipsCs隨后就會被誘導分化成為其它類型的細胞，比如神經細胞或肌肉細胞等；然而用于重編程細胞的標準因子則會引發高頻率的遺傳異常。

　　【8】Cell Stem Cell：高紹榮等體細胞重編程研究獲進展

　　doi：10.1016/j.stem.2013.02.005

　　北京生命科學研究所高紹榮實驗室在《Cell Stem Cell》雜志在線發表題為“Replacement of Oct4 by Tet1 during iPSC Induction Reveals an Important Role of DNA Methylation and Hydroxymethylation in Reprogramming”的文章。該文章首次報道了Tet1和5hmC在ips細胞誘導過程中參與內源Oct4基因的去甲基化和激活，并且進一步證明Tet1可以取代外源Oct4實現安全高效的體細胞重編程。

　　誘導多能干細胞(iPS)是通過在分化的體細胞中過表達特定轉錄因子，如Oct4(O)，Sox2(S)， Klf4(K)， c-Myc(M)而實現體細胞重編程。高紹榮實驗室在2009年通過四倍體補償實驗，獲得了完全由OSKM iPS細胞發育來的小鼠，從而證明了ips細胞具有真正多能性。在隨后的幾年里實驗室一直致力于研究體細胞重編程過程中的表觀遺傳機制。DNA甲基化修飾由DNA甲基轉移酶催化產生，主要產物為5-甲基胞嘧啶（5mC）。作為一種重要的表觀遺傳修飾，DNA甲基化廣泛參與基因表達的調控，組蛋白修飾的建立等過程。

　　【9】Cell：剔除Jmjd3基因或可將成熟體細胞高效編程為干細胞

　　doi：10.1016/j.cell.2013.02.006

　　近日，刊登在國際雜志Cell上的一篇研究報告中，來自衛理公會醫學研究院的研究者通過研究揭示了，遺傳障礙的去除可以將成熟體細胞轉化為干細胞效率提高10倍至30倍。研究者Rongfu Wang表示，6年前研究者發現可以將成熟體細胞轉化為誘導多能干細胞，即ipsCs，這樣一來病人就可以使用自身的細胞來重編程為多能型干細胞而治療疾病，用于再生醫學來對人類疾病建模，但是成熟體細胞重編程的效率很低，這就阻礙了其的臨床應用。

　　這項研究中，研究者和其同事鑒別出了一種由Jmjd3編碼的蛋白質KDM6B，這種蛋白質是干細胞轉化過程中的阻礙物，Jmjd3參與了許多生化過程，包括神經細胞的成熟以及免疫細胞的分化。研究者也是第一次發現Jmjd3可以抑制體細胞的重編程過程，幼年小鼠成纖維細胞中Jmjd3的剔除可以增強體細胞的重編程效率。

　　研究者Helen Wang表示我們的研究揭示了Jmjd3在細胞重編程過程中的重要作用，而且為理解Jmjd3-PHF20控制重編程過程的分子機制也提供了幫助。

　　【10】Cell：體細胞重編程分子線路圖

　　DOI：10.1016/j.cell.2012.11.039

　　由麻省總醫院、哈佛干細胞研究所的研究人員領導的一個國際研究小組，在新研究中繪制出了體細胞重編程為誘導多能干(ips)細胞的分子線路圖，相關論文發表在12月21日的《細胞》（Cell）雜志上。

　　人類胚胎干（ES）細胞具有在體外大量增殖和分化為多種細胞的潛能，可為再生醫學的替代療法提供充足的細胞來源。然而受到科學、倫理和監管問題的限制，使得ES細胞無法成為廣泛的治療移植材料。

　　2006年，日本京都大學山中伸彌（Shinya Yamanaka)團隊通過向人體皮膚成纖維細胞中植入4個經過重新編碼的基因Oct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4 ，將成纖維細胞重新編程變成了全能性的類胚胎干細胞。他們將這種重編程細胞命名為iPS細胞。iPS細胞和ES細胞功能類似，且具有超越ES細胞的優勢，ips細胞可以由體細胞生成，從而繞開了ES細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙。今年10月，山中伸彌因在這一突破性的技術而獲得了諾貝爾生理/醫學獎。