近日，中科院生物物理所、北京大學(xué)、中科院動物所和首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院等機(jī)構(gòu)合作，首次利用基因編輯技術(shù)實現(xiàn)了人類干細(xì)胞的遺傳增強(qiáng)。研究人員通過基因編輯改寫了人類基因組遺傳密碼中的單個堿基，首次在實驗室中獲得了遺傳增強(qiáng)的干細(xì)胞（GES細(xì)胞）。這種GES細(xì)胞能夠?qū)?xì)胞衰老和致瘤性轉(zhuǎn)化產(chǎn)生雙重抵抗作用，為開展安全有效的干細(xì)胞治療提供可能的解決途徑。該成果近日發(fā)表在《細(xì)胞研究》上，相關(guān)技術(shù)已申請發(fā)明專利。

“干細(xì)胞治療的有效性和安全性是再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域兩個亟待解決的重要問題，我們期望通過基因編輯手段，對細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵基因和信號通路進(jìn)行精確調(diào)控，提高干細(xì)胞活力并減弱致瘤性，最終獲得優(yōu)質(zhì)安全的人類干細(xì)胞移植物。”研究通訊作者之一、中科院生物物理所研究員劉光慧介紹，研究人員通過篩選可以延緩干細(xì)胞衰老的小分子化合物，發(fā)現(xiàn)抗氧化轉(zhuǎn)錄因子NRF2的激動劑能延緩人類早衰癥患者間充質(zhì)干細(xì)胞的加速衰老。

劉光慧說，既往低等模式生物研究顯示，NRF2的缺失會導(dǎo)致生物體壽命縮短，反之其過表達(dá)有助于壽命的延長。該團(tuán)隊2016年已在《細(xì)胞》上發(fā)表文章提出，人類間充質(zhì)干細(xì)胞的衰老伴隨著NRF2蛋白水平的顯著下調(diào)；反之，NRF2的功能增強(qiáng)能夠改善衰老間充質(zhì)干細(xì)胞的活力。因此，研究人員推測，在編碼基因水平增強(qiáng)NRF2的活性或許能夠延緩人類干細(xì)胞的衰老。

基于此，研究團(tuán)隊利用第三代腺病毒載體HDAdV介導(dǎo)的基因編輯技術(shù)在人類胚胎干細(xì)胞中置換了NRF2基因第2號外顯子中的單一核苷酸（A245G）。這一單堿基置換使得細(xì)胞中的NRF2蛋白脫離了其抑制蛋白KEAP1的束縛，進(jìn)而通過轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，激活一系列抗氧化和細(xì)胞保護(hù)基因的表達(dá)。

隨后，研究人員將基因編輯的人類胚胎干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化為具有治療潛力的間充質(zhì)干細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)它們的自我更新、抵抗應(yīng)激和細(xì)胞衰老等能力顯著增強(qiáng)。而且，由該種胚胎干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化而來的血管內(nèi)皮細(xì)胞也表現(xiàn)出強(qiáng)大的抵御氧化損傷的能力。研究人員將GES細(xì)胞移植入小鼠體內(nèi)，能夠顯著促進(jìn)缺血損傷模型小鼠后肢血流的恢復(fù)，證明GES細(xì)胞在移植后能夠表現(xiàn)出優(yōu)于普通干細(xì)胞的再生修復(fù)能力。

“令人興奮的是，將GES細(xì)胞移植入免疫缺陷小鼠體內(nèi)后不但不會形成腫瘤，而且GES細(xì)胞表現(xiàn)出對癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的強(qiáng)抵抗作用。在諸多癌基因激活的情況下，GES細(xì)胞仍然保持著高度的基因組穩(wěn)定性。更有趣的是，經(jīng)過遺傳增強(qiáng)的人類胚胎干細(xì)胞在免疫缺陷小鼠體內(nèi)僅能產(chǎn)生比對照胚胎干細(xì)胞小得多的畸胎瘤。”劉光慧介紹，實驗提示，即便GES細(xì)胞移植物中殘留了少量未分化的多能干細(xì)胞，其在體內(nèi)形成畸胎瘤的能力也已被大大削弱，這就進(jìn)一步降低了安全風(fēng)險。

“研究顯示，通過NRF2基因的單堿基置換可以賦予人類干細(xì)胞更強(qiáng)的抵御應(yīng)激和衰老的能力，以及再生修復(fù)功能，甚至對干細(xì)胞癌變的抵抗活性。”劉光慧表示，該研究不僅創(chuàng)造了一種優(yōu)質(zhì)安全的人類間充質(zhì)干細(xì)胞，更重要的是為針對不同組織類型及疾病特性設(shè)計不同遺傳增強(qiáng)方案的研究奠定了基礎(chǔ)，使得規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)化制備優(yōu)質(zhì)安全的人類干細(xì)胞移植材料成為可能。（記者 王瀟雨）

原標(biāo)題：基因編輯“培育”出優(yōu)質(zhì)干細(xì)胞