南開大學Cellres文章創新iPS技術

　　來自南開大學和中科院上海生命科學研究院的研究人員開發了一項創新的iPS技術，在山中伸彌經典方法的基礎上添加獨特的因子Zscan4，證實可以促進重編程過程中的基因組穩定，顯著提高生成的iPS細胞質量。相關結果發表在11月13日的《細胞研究》(Cell research)雜志上。

　　來自南開大學生命科學學院的劉林(Lin Liu)教授和中科院上海生命科學研究院的李勁松(Jinsong Li)研究員是這篇論文的共同通訊作者。前者主要在發育生物學和生殖生物技術領域，尤其是在最終能造福人類健康的胚胎工程和再生醫學領域，進行基礎科學及生物醫學應用方面的研究。后者的主要研究方向是體細胞重編程與誘導多能干細胞。

　　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排變成了全能性的類胚胎干細胞。他們將這種 ”返老還童”的重新編排細胞稱之為”誘導式多能性干細胞”，即iPS細胞。此項技術不僅為發展再生醫療開創了道路，也對整個醫學研究的發展做出巨大貢獻。

　　然而由于其潛在的致癌性和重編程效率低限制了iPS細胞在細胞治療中的潛在應用。盡管近年來研究人員開發了大量的創新技術使得iPS細胞生成效率大為提高。然而一些研究也表明iPS細胞存在著異常的基因表達以及基因組異常，iPS細胞臨床應用的安全性成為了人們熱點關注的問題。四倍體互補分析(TCA)實驗證實大部分小鼠iPS細胞也并非具有完全多能性，無法生成活體小鼠。這些可能與四種因子誘導重編程早期發生的DNA損傷反應(DDR)有關。與之相反，核移植可以高效準確地將體細胞重編程為胚胎干細胞，并生成活體全胚胎干細胞小鼠。

　　由此，研究人員推測參與卵母細胞誘導重編程的因子或許能夠對重編程過程中的體細胞基因組起穩定作用，提高生成的iPS細胞的質量。為了驗證這一假設，研究人員篩查了在iPS細胞誘導過程中能夠減少DDR信號的因子，發現了在合子基因組激活階段高表達的獨特基因Zscan4。

　　隨后研究人員采用Zscan4結合四種因子誘導細胞重編程，證實不僅可以顯著地減少DDR，還可以大大提高iPS細胞生成效率。加入Zscan4穩定了基因組DNA，導致了p53下調。此外，在病毒感染后3天，Zscan4就可以通過一種端粒重組機制來促進端粒延長。因此添加Zscan4生成的 iPS細胞相比于經典的iPS細胞顯示更長端粒。引人注目的是，利用四倍體互補實驗證實通過這種“Zscan4實驗方案”生成的iPS細胞系超過50%的生成了出生存活(live-borne)的全iPS細胞小鼠，而采用山中伸彌經典的方法只有1/12。

　　在這篇文章中，研究人員提出了一種Zscan4結合四個因子的創新iPS技術，不僅可以顯著提高重編程效率，還可以大大提高iPS細胞的質量。此外，新研究發現還第一證實了參與卵母細胞介導重編程的因子可以幫助維持重編程過程中的基因組穩定，由此促進高質量的iPS細胞生成。

　　作者簡介：

　　劉林

　　教授，博士生導師，教育部“長江學者”獎勵計劃特聘教授，國家杰出青年基金獲得者。1993年北京農業大學(現中國農業大學)獲動物生殖學與生物技術博士學位。1994年至1998年分別在英國劍橋Babraham研究所、美國康奈爾大學，康州大學進行博士后和訪問學者研究。1998年至2004 年，在美國布朗大學婦產科系生殖醫學實驗室，任研究員、助理教授。1998年至2009年，美國海洋生物學實驗室(MBL)兼職研究員。2003年被聘為中山大學國家教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，2005年獲得國家杰出青年基金資助，2007 年被聘為南開大學生命科學院特聘教授, 兼副院長。

　　科研工作先后獲得國家教育部博士點基金，國家自然科學基金，英國海外發展中英技術合作基金，美國農業部，美國衛生部，康乃爾大學及康州大學博士后基金，布朗大學婦女兒童醫院教師研究基金，國家杰出青年基金、中國衛生部部屬(管)醫療機構臨床學科重點、廣州市科技計劃項目、中國-加拿大國際合作項目、國家重大科學研究計劃(973)項目首席科學家、國家重大轉基因專項等科研基金的資助，已發表SCI學術論文六十余篇

　　研究領域:

　　在發育生物學和生殖生物技術領域，尤其是在最終能造福人類健康的胚胎工程和再生醫學領域，進行基礎科學及生物醫學應用方面的研究：1)哺乳動物卵子老齡化、早期胚胎發育分子機制與技術工程研究;2)特異多能性干細胞端粒功能及重編程和轉基因研究。

　　主要在研科研項目：

　　1、973重大研究計劃： 豬誘導多能干細胞(iPS)及其分化發育研究

　　2、轉基因重大專項： 利用生殖系多能性干細胞構建高效的培育優良品種豬和轉基因豬的新技術平臺

　　3、中加合作交流項目： 卵子及植入前胚胎細胞體積調控與細胞死亡關系的研究

　　4、973重大研究計劃： 卵巢衰老機理及相關重大疾病的基礎研究

　　李勁松

　　研究員，課題組長，博士生導師

　　個人簡介：

　　1993年7月畢業于江西農業大學畜牧獸醫系，獲理學學士學位;1996年7月畢業于揚州大學畜牧獸醫學院，獲理學碩士學位;2002年7月畢業于中國科學院動物研究所，獲理學博士學位;2002年8月至2007年7月在美國洛克菲勒大學從事博士后研究;2007年8月起任中科院上海生科院生物化學與細胞生物學研究所研究員，研究組長。

　　研究方向：體細胞重編程與誘導多能干細胞

　　研究工作：

　　(1)完善核移植及iPS技術誘導體細胞重編程的方法，提高體細胞重編程的效率;

　　(2)探討核移植與iPS技術誘導體細胞重編程的機制;

　　(3)建立新的誘導體細胞重編程的方法;

　　(4)開展體細胞重編程的應用研究。