PNAS：無需外源因子獲得iPS細胞

日期：2014-07-23 09:14:40

來自中國農(nóng)業(yè)大學，美國猶他大學等處的研究人員發(fā)表了題為“Efficient Germline Transmission Obtained with Trangene-free Induced Pluripotent Stem Cells”的文章，首次獲得了高質量的無外源因子的誘導多能干細胞（iPS細胞），這種細胞也能應用于胚胎操作，并且能夠產(chǎn)生健康的后代小鼠。

文章公布在7月7日《美國國家科學院院刊》(PNAS) 雜志上，這項研究由中國農(nóng)業(yè)大學吳森實驗室和猶他大學卡佩齊（Capecchi）實驗室合作完成。其中吳森教授早年畢業(yè)于北京大學，主要研究方向為動物遺傳工程及干細胞。

多能干細胞(Pluripotent stem cell，Ps)是當前干細胞研究的熱點和焦點。它可以分化成體內所有的細胞，進而形成身體的所有組織和器官。因此，多能干細胞的研究不僅具有重要的理論意義，而且在器官再生、修復和疾病治療方面極具應用價值。但是過去認為多能干細胞只能從人胚胎中獲得。2007年，美國和日本科學家發(fā)現(xiàn)，應用人和鼠的正常皮膚細胞，導入KLF4、OCT4、SOX2和C-MYC四種基因，即可由正常體細胞轉化成多能干細胞。這種基因誘導而產(chǎn)生的多能干細胞稱為誘導多能干細胞(iPSC)。

無疑這種iPS細胞在再生醫(yī)學領域具有重要的應用價值，但是傳統(tǒng)的誘導方法是通過逆轉錄病毒或者慢病毒載體攜帶OKSM四因子，使iPS細胞具有潛在的致癌性，從而不能夠應用到人類細胞治療領域。

為了解決這個問題，在過去的幾年里科學家們研發(fā)了各種方法，用于誘導產(chǎn)生無外源因子iPS細胞。這些方法包括質粒、piggyBac轉座子、蛋白轉導、mRNA和microRNA轉染等。雖然這些方法能夠產(chǎn)生無外源因子的iPS細胞，但是不能夠穩(wěn)定可靠地得到高質量的、具有生殖嵌合能力的細胞。

在最新這篇文章中，研究人員成功地將8個重編程因子和選擇性標記基因放到一個非整合質粒中，從而獲得了較高質量的非轉基因（transgene-free）iPS細胞。這種方法在干細胞研究領域將會有重要的應用。

所謂非轉基因（transgene-free）iPS細胞，就是指不需要外源重編程因子，就能獲得和維持多能性的iPS細胞。要獲得這種iPS細胞，對質粒的要求比一般經(jīng)典的四因子重編程方法要高。

因此，研究人員優(yōu)化了重編程因子的組合，挑選了合適的篩選標記，并將這兩者整合到一個非整合質粒中。更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)pMaster12質粒能產(chǎn)生非轉基因（transgene-free）的iPS細胞，這也就是說這種細胞在2i培養(yǎng)基中生長后，能應用于胚胎操作，并且能夠產(chǎn)生健康的后代小鼠。

這項研究對于解決iPS細胞中致癌性的問題具有重要的意義，也將有助于解析誘導多能干細胞形成的分子機理。