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为探究干细胞转录特征及 “干性” 相关机制，研究人员开展了从干细胞转录组学研究到超转录（hypertranscription）研究的主题探究。结果发现 2002 年的 “干性” 基因特征可标记超转录的干细胞，且超转录存在于胚胎和成体干细胞中。这为干细胞研究提供了新视角和研究方向。
在生命科学领域，干细胞研究一直是备受瞩目的焦点。干细胞具有自我更新和分化的能力，对生物体的发育、组织修复和再生起着关键作用。然而，长期以来，科学家们对于干细胞的转录特征以及其 “干性”（stemness）维持的分子机制并不完全清楚。过去，传统的转录组分析方法存在局限性，难以准确捕捉干细胞在不同状态下的转录变化，这就如同在黑暗中摸索，阻碍了对干细胞奥秘的深入探索。为了突破这些困境，来自加拿大多伦多儿童医院（Hospital for Sick Children）、西奈山医院（Mount Sinai Hospital）和多伦多大学（University of Toronto）的研究人员开展了一系列深入研究。
研究人员通过对干细胞转录组学的长期探索，从早期利用微阵列技术寻找 “干性” 基因特征，到后来借助单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）等先进技术研究超转录现象，取得了一系列重要成果。他们发现，2002 年确定的 “干性” 基因特征能有效标记超转录的干细胞，并且超转录广泛存在于胚胎和成年干细胞中，在发育、器官稳态和再生过程中发挥着重要作用。这一发现意义重大，为理解干细胞的生物学特性提供了新的视角，也为干细胞在再生医学和疾病治疗中的应用奠定了更坚实的理论基础。该研究成果发表在《Stem Cell Reports》杂志上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是微阵列技术，用于早期对干细胞转录谱的分析，比较干细胞与分化后代的基因表达差异；二是 RNA 干扰（RNAi）技术，通过干扰特定基因的表达来探究基因功能；三是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，结合绝对缩放方法，能够更精准地分析单个细胞的转录组，揭示细胞间的转录差异。
下面详细介绍研究结果：
- 2002 年 “干性” 基因特征的发现：21 世纪初，研究人员利用微阵列技术对小鼠胚胎干细胞和成年造血、神经干细胞 / 祖细胞进行研究，确定了一组在这三种干细胞类型中均上调的 “干性” 基因，这些基因参与染色质重塑、DNA 修复、翻译、应激反应和信号传导等过程12。
- 从 “干性” 到开放染色质：RNA 干扰技术的发展使研究人员能够进一步探究 “干性” 基因的功能。研究发现，Chd1 作为 2002 年 “干性” 基因特征的一部分，对维持胚胎干细胞的开放染色质状态和自我更新起着重要作用。敲低 Chd1 会导致胚胎干细胞的染色质状态改变，影响转录输出34。
- 转录组学中的细胞数量标准化：传统转录组学研究中的标准化方法掩盖了细胞间转录水平的差异。2012 年的研究促使人们探索新的标准化方法，如细胞数量标准化（CNN），这为揭示超转录现象奠定了基础。超转录指的是相对于相邻细胞或细胞不同阶段，大多数转录组在新生水平上的全局升高56。
- 发育超转录：利用新的方法，研究人员发现 Chd1 在胚胎干细胞和胚胎发育过程中对全局转录输出至关重要。在中孕期，造血干细胞 / 祖细胞从造血内皮细胞中出现时以及胚胎生殖系发育过程中，都存在超转录现象。此外，在大脑发育过程中，神经祖细胞也会发生超转录，而发育停滞则与转录输出的全局下调（hypotranscription）相关78。
- 成体干细胞 / 祖细胞中的超转录：随着 scRNA-seq 技术的发展，研究人员发现成体多能干细胞和祖细胞具有较高的转录输出，这与它们的多谱系分化潜能相关。例如，在肌肉再生过程中，静止的肌肉干细胞（卫星细胞）在激活后会迅速上调全局转录，为肌肉修复提供生物合成支持910。
- 2002 年 “干性” 基因特征与干细胞超转录的关联：研究人员重新分析 2002 年的 “干性” 基因特征发现，它与干细胞的超转录密切相关。在多种组织的干细胞中，“干性” 基因特征与转录水平呈正相关，且在肠道和肌肉干细胞再生过程中，“干性” 基因特征能够有效标记激活的干细胞状态1112。
研究结论和讨论部分表明，2002 年的 “干性” 基因特征可作为识别激活的干细胞 / 祖细胞的标记，尽管它并非唯一的标记。未来，可进一步探索如何结合其他干细胞基因表达数据集或分析管道来优化这一特征。此外，对干细胞超转录的研究有望在代谢活动、蛋白质稳态、DNA 修复、细胞周期、细胞大小以及干细胞自我更新和分化平衡等方面提供新的见解。在组织和器官水平，超转录可能不仅支持器官生长和再生的高生物合成需求，还在保护干细胞基因组、调节非编码基因组区域以及细胞重编程等过程中发挥重要作用。同时，研究干细胞超转录在癌症、衰老等疾病背景下的作用，也可能为这些疾病的治疗提供新的思路和靶点。总之，该研究为干细胞领域的进一步发展开辟了广阔的前景，对生命科学和医学研究具有重要的推动作用。
