近年来，干细胞治疗领域方兴未艾，以干细胞为核心的医学研究也备受公众关注，从抗衰老、皮肤毛发再生，再到骨骼再生、免疫力提高等等，干细胞以其促进组织再生或自我修复的强大功能为人类医疗带来了无限可能。
当人类细胞被重编程为人诱导多能干细胞（hiPS Cell）时，这些细胞经历了表观基因组重构。然而，hiPS细胞与真正的人胚胎干细胞（hES）相比，其表观基因组存在显著差异，从而极大地影响了hiPS细胞的功能和医学应用。这些差异包括表观遗传记忆和重编程过程中出现的畸变，但其机制尚不清楚。
2023年8月16日，西澳大学Ryan Lister、莫纳什大学Jose M. Polo团队（西湖大学刘晓东研究员为论文共同第一作者）在 Nature 期刊发表了题为：Transient naive reprogramming corrects hiPS cells functionally and epigenetically 的研究论文。
该研究开发了一种新方法，称为瞬时幼稚治疗（transient-naive-treatment，简称TNT）重编程，它高度复现了细胞表观基因组的重置，这种重置发生在胚胎发育的早期。TNT重编程技术可以更好地模拟模拟胚胎干细胞，这对hiPS在生物医学和治疗用途的应用具有重要意义。
2012年，山中伸弥教授因在干细胞领域研究领域中作出杰出贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。这些被称为“山中因子”的细胞核重编程因子可以将体细胞转化为诱导多能干细胞（iPS Cell），这种细胞有潜力产生人体的任何细胞。因此，iPS的出现为疾病建模、药物筛选和再生医学带来了深刻变革。
但遗憾的是，这项划时代的技术依然存在不足，其中最突出的一个问题是，iPS细胞可以保留其原始体细胞的表观遗传记忆，并表现出其他表观遗传异常。这可能会在iPS细胞和它们应该模仿的胚胎干细胞之间产生功能差异，从而这限制了它们的使用。
在这项最新研究中，研究团队首先通过对人类体细胞向hiPS细胞的启动和初始重编程进行全基因组DNA甲基化分析，以此研究人类体细胞表观基因组在重编程过程中是如何变化的。研究小组表征了这些表观遗传差异的持久性和出现性，由此确定了hiPS发生表观遗传畸变的具体时间。
hiPS细胞的启动和初始重编程的全基因组DNA甲基化分析
研究团队发现，重编程诱导的表观遗传畸变在启动重编程的中途出现，而DNA去甲基化在初始重编程的早期就开始了。基于此，研究团队开发了一种模拟胚胎表观遗传重置的瞬时幼稚处理（TNT）重编程策略，这一技术引入了新的表观基因组重置步骤来避免表观遗传畸变并清除细胞记忆。
异常的CG DNA甲基化在启动重编程的第13天获得，并且在幼稚的hiPS细胞中不存在
进一步的研究表示，hiPS细胞的表观遗传记忆集中在由H3K9me3、lamin-B1和异常CpH甲基化标记的来源依赖性抑制染色质细胞中。TNT重编程技术将这些结构域重新配置为类似hES细胞的状态，并且不会破坏基因组印迹。
通过TNT重编程消除了体细胞记忆，产生了与hES细胞非常相似的TNT-hiPS细胞
TNT重编程可以纠正传统hiPS细胞中的转座因子过表达和差异基因表达，并且TNT-iPS细胞在分子和功能上都比使用传统重编程产生的iPS细胞更接近人类胚胎干细胞。研究团队通过等基因分化和重编程系统证实了TNT重编程增强了表观基因组重置。
此外，多谱系重编程和分化实验也证实了TNT重编程增强了hiPS的分化，即TNT-iPS细胞可以分化成许多其他类型细胞，比如神经元祖细胞，这比用传统方法生成的诱导多能干细胞分化得更好。
等基因分化和重编程系统证实了TNT重编程增强了表观基因组重置
这就像是iPS领域的一次“大爆炸”，所以研究团队将这项新技术命名为TNT，与一种著名的烈性炸药——三硝基甲苯的缩写同名。TNT技术的出现解决了传统iPS技术的关键性问题，如果不加以解决，从长远来看，这些问题可能会对基于iPS的细胞疗法产生严重的有害影响。
多谱系重编程和分化证实了TNT重编程增强分化
总而言之，这项最新开发了TNT重编程技术以纠正表观遗传记忆和畸变，产生了比传统hiPS细胞在分子和功能上更类似于人类胚胎干细胞的TNT-iPS细胞。这大大减少了iPS细胞和胚胎干细胞之间的差异，并最大限度地提高了hiPS细胞的应用效率。
Ryan Lister 教授表示，可以预见TNT重编程将为细胞治疗和生物医学研究建立一个新的基准，并为研究表观遗传记忆提供一个新的系统，这将引领再生医学的新浪潮！
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06424-7
转自：“生物世界”微信公众号
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