Nature：核移植与iPS技术，孰优孰劣

　　

生物通报道  来自加州大学圣地亚哥医学院、俄勒冈健康与科学大学(OHSU)及Salk生物研究所的研究人员组成的一个研究小组，第一次证实采用不同重编程方法构建的干细胞所生成细胞存在差异。这一发表在7月2日《自然》（Nature）的研究提供了有关干细胞基本生物学的一些新认识，并有可能最终促使改进干细胞疗法。

能够发育成为所有的细胞类型，多能干细胞作为新兴细胞移植疗法的基础，为解决从糖尿病、阿尔茨海默氏症、癌症到脊髓损伤等一系列广泛的疾病带来了巨大的希望。理论上，可以构建并编程干细胞来替代人体每个器官病变或缺乏的细胞。

用体外受精生成的废弃胚胎培育出的人类胚胎干细胞(ES细胞)符合金标准，但出于伦理和供应方面的考虑ES细胞的应用长期受限。科学家们由此转向了其他两种干细胞构建方法：体细胞核移植(SCNT)和诱导多能干细胞(iPS细胞)。前者是将来自一个成体细胞的遗传物质转移到一个空卵细胞中，后者则是通过人为地开启某些目标基因来使成体细胞恢复至一种干细胞状态。

直到现在，也没有人直接、密切地比较过采用这两种方法获得的干细胞。科学家们发现它们生成了一些明显不同的结果。论文共同资深作者、加州大学圣地亚哥医学院生殖医学系助理教授Louise Laurent博士说：“与iPS细胞相比，核移植ES细胞跟真正的ES细胞更为相似。它们更加完全地被重编程，具有较少因重编程过程引起的基因表达和DNA甲基化水平改变。”

近年来iPS细胞的开发和利用呈指数级增长，很大程度上是因为只需短时开启4个基因组合诱导成体细胞回复至多能状态，就可以用成体细胞（通常是皮肤细胞）来生成它们。

Laurent指出，人们已利用来自患者的细胞生成的iPS细胞系构建出了许多不同疾病的模型，由于不需要接受免疫抑制，能够生成来自患者、并可以移植回患者体内的个体化iPS细胞让许多人感到兴奋。

这种核移植方法是由最近俄勒冈健康与科学大学胚胎细胞和基因治疗中心主任及教授Shoukhrat Mitalipov博士领导的一个研究小组率先所开发。这一技术与克隆过程相似，但多能细胞是收集自发育为成熟生物体之前的早期胚胎（延伸阅读：Cell新突破：首次核移植生成人胚胎干细胞 ）。

研究人员利用相同的皮肤细胞作为供体遗传物质来源，构建出了4种核移植ES细胞系和7种iPS细胞系，随后将它们与两种标准的人类ES细胞系进行了比较。利用一组标准测试他们证实了所有13种细胞系均具有多能性。

然而当研究人员采用一些强有力的基因组技术展开更仔细的分析，检测每种细胞系的DNA甲基化和基因表达标记时揭示出了利用三种方法生成的干细胞之间一些重要的差异。尤其是，科学家们发现相比于iPS细胞，核移植ES细胞中的某些DNA甲基化和基因表达模式与ES细胞更为相似，揭示出了重编程过程自身引起的一些改变。

论文的共同资深作者、Salk生物研究所基因组分析实验室主任及教授Joseph R. Ecker博士说：“如果你相信基因表达和DNA甲基化很重要，那么越是接近胚胎干细胞的模式就越好。现在，相比iPS细胞核移植细胞更接近胚胎干细胞。”

Mitalipov说：“我认为这些结果表明了，SCNT是细胞替代疗法更优越的候选方法。我真的相信，利用这种方法来生成干细胞将在某一天帮助我们治疗及治愈现在挫败我们的各种疾病。”

Laurent说，尽管相比于iPS细胞，核移植细胞能够更好、更准确地代表人类ES细胞，广泛采纳应用它们还存在一些重大障碍。“不仅是核移植技术上存在困难，联邦资金也不能应用于涉及这一程序的实验。”

她说，另一方面，这些研究结果有可能促使改进iPS细胞重编程方法。“我们的结果表明广泛应用的一些iPS细胞重编程方法使得细胞在大的方面与标准ES细胞相似，但当你仔细地检测时会发现一些重要的差异。通过利用卵细胞来完成这一任务，我们可以更加接近真实的东西。如果我们能够弄清楚卵细胞中的什么因子驱动了这一重编程过程，或许我们能够设计出一种更好的iPS细胞重编程方法。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Abnormalities in human pluripotent cells due to reprogramming mechanisms

Human pluripotent stem cells hold potential for regenerative medicine, but available cell types have significant limitations. Although embryonic stem cells (ES cells) from in vitro fertilized embryos (IVF ES cells) represent the ‘gold standard’, they are allogeneic to patients. Autologous induced pluripotent stem cells (iPS cells) are prone to epigenetic and transcriptional aberrations. To determine whether such abnormalities are intrinsic to somatic cell reprogramming or secondary to the reprogramming method, genetically matched sets of human IVF ES cells, iPS cells and nuclear transfer ES cells (NT ES cells) derived by somatic cell nuclear transfer (SCNT) were subjected to genome-wide analyses. Both NT ES cells and iPS cells derived from the same somatic cells contained comparable numbers of de novo copy number variations. In contrast, DNA methylation and transcriptome profiles of NT ES cells corresponded closely to those of IVF ES cells, whereas iPS cells differed and retained residual DNA methylation patterns typical of parental somatic cells. Thus, human somatic cells can be faithfully reprogrammed to pluripotency by SCNT and are therefore ideal for cell replacement therapies.