Science子刊：我国学者首次建立大熊猫iPSC细胞系，将大熊猫皮肤细胞重编程为多能干细胞

来源：生物世界 2024-09-26 10:31

通过测序技术和生物信息学分析，研究团队对大熊猫iPSC的转录组、表观遗传进行了全面解析，结果显示大熊猫iPS在具有植入后始发态干细胞的普遍基本特征外，还具有与其他物种不同的特异基因表达模式。

中国科学院广州生物医药与健康研究院刘晶研究组与成都大熊猫繁育研究基地侯蓉、刘玉良等，在 Science 子刊 Science Advances 上发表了题为：Generation and Characterization of Giant Panda Induced Pluripotent Stem Cells 的研究论文。

研究团队首次成功建立了大熊猫iPSC重编程方法，将从大熊猫身上提取的普通皮肤细胞（皮肤成纤维细胞）重编程为，并通过不同角度分析和揭示了其独特的细胞特征。这些人工诱导的干细胞可以进一步分化为大熊猫身体中任何一种细胞类型，从而帮助研究人员繁殖大熊猫，以及开发治疗大熊猫疾病的方法。

该研究为珍稀物种iPSC的研究提供了重要线索，为大熊猫特征研究提供了材料，为大熊猫配子的体外生成奠定了基础，对于濒危物种的保护具有重要意义。

2006年，山中伸弥教授开创了诱导多能干细胞（iPSC）技术，只需过表达Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子，就可以让已终末分化的体细胞重编程为多能干细胞。山中伸弥教授也因此获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。

此后，科学家们意识到，诱导多能干细胞（iPSC）技术可能是保护保护濒危和易受伤害物种的关键，并从北部白犀牛、袋獾和细纹斑马身上成功建立了iPSC细胞系。

然而，目前关于大熊猫iPSC的研究还十分匮乏，虽然已有研究从大熊猫的面颊黏膜细胞中培育出干细胞，但却没有产生真正的多能干细胞。因此，开发获取大熊猫iPSC的重编程方法并开展相关研究至关重要。

这项研究始于2019年，然而，从大熊猫的皮肤成纤维细胞到iPSC的过程并不容易。研究团队在刚开始的尝试中发现，适合小鼠和人类细胞的实验条件对大熊猫的细胞并不起作用。

经过反复试验，研究团队最终发现，引入特定的microRNA簇（miR302-367）是将大熊猫成纤维细胞转化为iPSC的关键。修改了生长条件，加入了熊猫特有的其他分子（例如如转录因子），该团队成功地利用分离的大熊猫皮肤成纤维细胞重编程获得了诱导多能干细胞（iPSC）。此外，研究团队还对重编程步骤以及细胞培养基进行调整，以提高重编程效率，例如，他们通过通过在培养基中添加某些信号通路调节剂，表观遗传抑制剂和激酶阻滞剂，将总实验时间从三个多月减少到不到一个月，与未改变的培养基相比，重编程效率提高了五倍。

多能干细胞的真正标志是它能够分裂并形成三个胚层 内胚层、中胚层和外胚层，这对身体组织和器官的发育至关重要。该研究构建的大熊猫iPSC不仅在体外培养条件下能够稳定增殖并保持其多能性，还能在体内和体外的分化条件下，产生不同类型的三胚层细胞，展现出很好的发育潜力。

为了测试该研究建立的大熊猫iPSC，研究团队观察了胚状体的形成（胚状体是一组多能干细胞的集合，再现了早期胚胎发生的某些方面）。在这个发育阶段，他们观察到外胚层标志物增加，而后期则显示中胚层和内胚层标志物增加。研究团队还发现，将大熊猫的iPSC注射到小鼠体内后，这些细胞形成了一个团块，显示出包括神经、肌肉和上皮组织成分的三个胚层特征。

通过测序技术和分析，研究团队对大熊猫iPSC的转录组、表观遗传进行了全面解析，结果显示大熊猫iPS在具有植入后始发态干细胞的普遍基本特征外，还具有与其他物种不同的特异基因表达模式。同时，研究团队还对大熊猫iPSC在体外维持条件进行了进一步研究，开发了大熊猫iPSC维持特异性培养条件并发现了其独特信号调控网络。

此次大熊猫iPSC研究取得突破，丰富了大熊猫干细胞生物学特性认知，为大熊猫疾病治疗提供新途径。同时，大熊猫iPSC也会促进胚胎和繁殖研究，为大熊猫遗传资源和种群保护奠定坚实基础。

研究团队希望有朝一日可以利用大熊猫的iPSC来制造精子和卵细胞，进而制造出大熊猫胚胎。当然，这还有很长的路要走，该研究最直接的应用是利用再生医学治疗患病大熊猫，以及更好地理解大熊猫的胚胎生物学和胚胎发育。

中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员刘晶、成都大熊猫繁育研究基地研究员侯蓉和中国科学院广州生物医药与健康研究院助理研究员王鲁勤是论文通讯作者。成都大熊猫繁育研究基地刘玉良研究员、中国科学院广州生物医药与健康研究院博士研究生张世豪为该文的共同第一作者。

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