近日，中科院生物物理所、北京大學、中科院動物所和首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院等機構合作，首次利用基因編輯技術實現(xiàn)了人類干細胞的遺傳增強。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的干細胞（GES細胞）。這種GES細胞能夠對細胞衰老和致瘤性轉化產(chǎn)生雙重抵抗作用，為開展安全有效的干細胞治療提供可能的解決途徑。該成果近日發(fā)表在《細胞研究》上，相關技術已申請發(fā)明專利。

“干細胞治療的有效性和安全性是再生醫(yī)學領域兩個亟待解決的重要問題，我們期望通過基因編輯手段，對細胞內(nèi)的關鍵基因和信號通路進行精確調控，提高干細胞活力并減弱致瘤性，最終獲得優(yōu)質安全的人類干細胞移植物。”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胞衰老的小分子化合物，發(fā)現(xiàn)抗氧化轉錄因子NRF2的激動劑能延緩人類早衰癥患者間充質干細胞的加速衰老。

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

基于此，研究團隊利用第三代腺病毒載體HDAdV介導的基因編輯技術在人類胚胎干細胞中置換了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胞中的NRF2蛋白脫離了其抑制蛋白KEAP1的束縛，進而通過轉位至細胞核，激活一系列抗氧化和細胞保護基因的表達。

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

“令人興奮的是，將GES細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細胞表現(xiàn)出對癌基因誘導的細胞惡性轉化的強抵抗作用。在諸多癌基因激活的情況下，GES細胞仍然保持著高度的基因組穩(wěn)定性。更有趣的是，經(jīng)過遺傳增強的人類胚胎干細胞在免疫缺陷小鼠體內(nèi)僅能產(chǎn)生比對照胚胎干細胞小得多的畸胎瘤。”劉光慧介紹，實驗提示，即便GES細胞移植物中殘留了少量未分化的多能干細胞，其在體內(nèi)形成畸胎瘤的能力也已被大大削弱，這就進一步降低了安全風險。

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

原標題：基因編輯“培育”出優(yōu)質干細胞