LIN28A

引言 2024年10月22日，北京大学邓宏魁和关景洋课题组合作在Cell Stem Cell杂志在线发表题为Generation of Human Expandable Limb-Bud-like Progenitors via Chemically Induced Dedifferentiation 的研究论文。该研究进一步证明了化学重编程技术可诱导人体细胞去分化(Chemically induced dedifferentiation)，并成功制备可大规模扩增的胚胎肢芽样前体细胞。这一创新成果利用化学小分子精准调控细胞命运的特点，模拟低等动物的再生规律，为制备具有再生潜能和大规模扩增能力的人前体细胞开辟了新途径。 邓宏魁团队多年来一直致力于化学重编程调控细胞命运的研究。2013年在国际上首次报道仅使用化学小分子逆转细胞发育时钟，将小鼠体细胞重编程为多能干细胞。这一原创性成果开辟了一条全新的体细胞重编程的路径（Science，2013；Cell, 2015; Cell Stem Cell, 2018）。2022年该团队又首次实现了利用化学小分子诱导人体细胞成为多能干细胞的技术体系，为人多能干细胞的制备提供了全新的途径，是干细胞领域底层技术的重要突破（Nature，2022）。在此基础上，2023年建立了更加快速、高效、满足临床应用需求的人体细胞化学重编程体系（Cell Stem Cell，2023）。以糖尿病治疗为切入点，邓宏魁团队证明了化学重编程诱导的人多能干细胞可以高效分化为胰岛细胞，并显著改善糖尿病猴的血糖控制 (Nature Medicine, 2022; Nature Metabolism, 2023)。更令人振奋的是,该团队近期首次报道了利用化学重编程诱导多能干细胞制备的胰岛细胞移植, 患者初步实现了1型糖尿病的临床功能性治愈 (Cell | 沈中阳/邓宏魁/王树森团队合作报道首例移植化学重编程多能干细胞制备的胰岛实现1型糖尿病患者功能性治愈，Cell, 2024)。这一系列的研究成果，证明了化学重编程技术在再生医学领域治疗重大疾病方面的巨大潜力和重要应用价值。目前，该团队还成功将化学重编程诱导的人多能干细胞分化为肝脏细胞，iTNK细胞等功能细胞，展现了人化学重编程的广泛应用前景（Cell Proliferation, 2024; Cell Reports Methods, 2024）。 图1. 化学重编程诱导人多能干细胞的广阔应用前景（Credit: Cell Stem Cell） 邓宏魁团队研究发现化学重编程技术与传统重编程技术存在本质的区别。传统的转基因重编程技术依赖于细胞内源的转录因子过表达，直接驱动细胞性质转变，难以实现细胞命运的精准调控。而化学重编程技术则利用化学小分子模拟外界信号刺激，类似自然发育中的细胞命运调控原理，以更加灵活可控的方式，促进细胞命运分阶段有序的调控。2015年的研究中，该团队发现化学重编程诱导小鼠多能干细胞过程中会经历独特的中间阶段 (Cell，2015)。之后，通过单细胞组学技术又构建了小鼠化学重编程体系的完整分子路径（Cell Stem Cell，2018），揭示了化学重编程体系完全不同于转录因子介导的重编程的独特原理和路径。 该团队在2022年的研究中发现，人化学重编程的早期阶段会产生一种独特的高可塑性的中间态细胞，其染色质可及性增强，早期胚胎发育基因激活等特点。有趣的是，通过和低等动物再生去分化过程中的细胞性质比较，发现该阶段激活了与蝾螈断肢再生早期类似的基因表达特征（Nature，2022）。随后，该团队通过表观组学的系统解析，又发现类再生可塑性状态的建立过程与生物体发育成熟过程中再生能力丧失的逆向过程极为相似（Cell Reports，2023）。这一系列的发现提示通过化学重编程技术精准调控细胞的命运，有望实现人体细胞逆向发育，将其诱导回前体细胞状态，从而重启人体细胞的再生潜能。 图2. 左图：蝾螈断肢再生过程中体细胞去分化产生前体细胞(Gerber et al ., Science, 2018）；右图：Waddington model展示细胞分化与去分化过程（Granados et al., Int. J. Mol. Sci. 2020）（Credit: Cell Stem Cell） 在自然界中，部分低等动物如蝾螈等，展现出了惊人的再生能力，其四肢、心脏、大脑等重要组织器官在损伤后可实现完美再生修复。这一神奇的能力主要归功于其体细胞具有的重要潜能——去分化（dedifferentiation），即分化的体细胞可以在损伤等信号刺激下，重新逆转发育为可快速增殖的类胚胎期的前体细胞状态，从而重新分化为功能细胞，修复损伤的组织器官。然而，哺乳动物，尤其是人类，由于其体细胞的命运更加稳固，可塑性下降，导致其再生能力非常有限。组织器官损伤后，人体细胞难以有效启动去分化程序，从而大大限制了受损组织或器官的再生。因此，如何模拟低等动物，有效诱导人体细胞的去分化以重新获得前体细胞，是干细胞与再生医学研究的重要科学问题之一。 在本研究中，邓宏魁团队证实了在化学重编程早期阶段，化学小分子可诱导体细胞去分化为类人胚胎肢芽前体细胞（human Chemically induced Limb Bud-like Progenitors，简称人CiLBP细胞），并在此基础上建立了人CiLBP细胞长期稳定扩增的条件。通过单细胞转录组分析，研究团队发现人CiLBP细胞的转录组与人胚胎肢芽细胞相似。去分化相关基因LIN28A、SALL4等在人CiLBP细胞中高表达，同时体细胞相关基因表达降低，表明体细胞相关特征被擦除并启动再生相关基因网络。人CiLBP细胞高表达MSX1、HOXA9和MEIS2等肢芽发育相关基因，与人类胚胎发育30天左右的肢芽细胞群状态非常类似。 肢芽细胞作为软骨细胞和骨细胞的祖细胞，最终能发育成四肢。相较于未经过化学重编程处理的亲代体细胞，人CiLBP细胞的成软骨和成骨能力显著提升。在成软骨条件诱导下，可高表达软骨相关基因，分泌相关蛋白，并可以形成软骨结节。体内移植实验表明，人CiLBP细胞能在体内自发分化产生软骨和骨样细胞，并在兔股骨髁缺损模型中促进骨损伤修复。重要的是，起始的人脂肪间质细胞或者人皮肤成纤维细胞扩增能力有限，而诱导获得的人CiLBP细胞可以在长达32次传代后，仍保留肢芽前体细胞特性，并保持良好的分化能力。这些特性证明，通过化学重编程诱导体细胞去分化获得的前体样细胞，不仅增强了分化能力，还具备大规模扩增的潜能，为其后续应用于骨和软骨相关疾病的治疗提供了新的细胞来源，具有重要的临床应用价值。 图3.  化学重编程技术诱导体细胞去分化为可大量稳定扩增的肢芽前体细胞（Credit: Cell Stem Cell） 综上所述，邓宏魁团队在本研究中利用化学重编程技术精准调控细胞命运，成功模拟低等动物组织再生中的去分化过程，实现了人体细胞向前体细胞的逆转，这一成果具有重要意义。（1）该研究进一步证明了化学重编程技术不同于传统转基因重编程技术，可通过分阶段有序的调控细胞性质，实现细胞命运的可控逆转，为实现人体细胞的去分化提供了全新的途径；（2）该研究为体外制备可大规模扩增的人前体细胞提供了新的方法，通过诱导去分化获得的人前体细胞具备了更强的分化能力及增殖能力，从而为受损组织和器官的细胞替代治疗提供了更理想的细胞来源；（3）利用化学重编程精准诱导人体细胞去分化的独特优势，有望直接激发体内组织和器官的再生潜能，模拟低等动物在组织和器官完美再生修复方面的神奇能力，为再生医学的发展提供新的可能性。 参考文献 https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(24)00363-1 责编|探索君 排版|探索君 来源|BioArt End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

导读：胰腺导管腺癌（PDAC）的死亡率主要归因于转移和化疗耐药。近日，宁波大学研究团队在期刊《Cell Death Discovery》上在线发表题为“LncRNA MACC1-AS1 induces gemcitabine resistance in pancreatic cancer cells through suppressing ferroptosis”的研究论文，本研究发现了一种新的细胞内信号通路，在胰腺癌的吉西他滨耐药中发挥作用。通过一系列的探索和验证，这一发现可能为未来临床应用提供新的见解和理论基础。https://www.nature.com/articles/s41420-024-01866-y研究背景 01 胰腺癌是一种罕见的恶性肿瘤，仅占所有癌症病例的2%–3%。然而，它与7%的显著高死亡率相关。目前，吉西他滨是胰腺癌最常用的化疗药物。遗憾的是，吉西他滨治疗胰腺癌的总体缓解率低于20%，80%的患者在1年内复发并死亡。尽管吉西他滨在晚期转移患者中具有一定效果，但其结果并不令人满意，这主要归因于耐药性的发展。铁死亡是一种铁依赖性、脂质过氧化物积累驱动的调节性细胞死亡过程。研究表明，胰腺癌细胞利用与铁死亡相关的抗氧化系统来清除活性氧（ROS），作为逃避细胞死亡的策略。Nrf2-ARE通路在细胞抗氧化应激反应中发挥重要作用。此外，Keap1-Nrf2通路通过调节下游靶基因SLC7A11的表达水平抑制铁死亡。大量研究强调了非编码RNA，如microRNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）在铁死亡调控中的作用。其中，MACC1-AS1已被确认为MACC1 mRNA的反义RNA。研究表明，MACC1-AS1通过腺苷活化蛋白激酶/Lin28通路稳定MACC1的表达水平，促进细胞行为，包括胃癌细胞的增殖和侵袭。尽管一些lncRNA与胰腺癌细胞的耐药性有关，但目前还没有关于MACC1-AS1与胰腺癌细胞耐药关系的研究。研究进展 02 在临床应用方面，尝试分析了胰腺癌患者中MACC1-AS1、STK33以及两者基因的表达水平及其预后意义。首先将患者分为高风险组和低风险组。然后，展示了两组的生存状态，并显示了热图，代表MACC1-AS1和MACC1-AS1+STK33的基因表达水平。KM生存曲线显示，高风险组的患者与低风险组的患者在OS、PFS和DFS率方面具有不同的中位生存时间。结果显示，MACC1-AS1的高表达表明胰腺癌患者OS、PFS和DFS的生存时间较差，但无统计学意义。然而，发现MACC1-AS1和STK33的组合对OS和PFS率均有显著影响。结果表明，MACC1-AS1和STK33的联合分析在OS和PFS方面呈现出统计学意义（P < 0.05），而对DFS仍然没有意义。此外，与单独使用基因表达相比，这种联合方法表现出更优越的性能。建立了MACC1-AS1、STK33和两者的决策曲线分析（DCA），计算了每位患者的风险评分，并使用“ggDCA” R软件包获得了不同的DCA模块。患者被分为五个模块。根据DCA分析结果，MACC1-AS1和STK33的联合预后效果表现出更高的DCA值，表明多基因模型对1年OS具有更强的预测能力。这些数据表明，MACC1-AS1和STK33可以作为胰腺癌患者临床预后的联合靶点。研究结论 03 综上所述，本研究发现了一种新的细胞内信号通路，在胰腺癌的吉西他滨耐药中发挥作用。通过一系列的探索和验证，这一发现可能为未来临床应用提供新的见解和理论基础。参考资料：https://www.nature.com/articles/s41420-024-01866-y识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

精原干细胞是维持哺乳动物生殖细胞稳态和持续精子发生的基础。此类细胞数量稀少，必须通过自我更新保持自身数目相对恒定，同时通过定向分化提供大量细胞参与生精过程。有研究揭示了精原干细胞核心微环境因子和一批关 精原干细胞是维持哺乳动物生殖细胞稳态和持续精子发生的基础。此类细胞数量稀少，必须通过自我更新保持自身数目相对恒定，同时通过定向分化提供大量细胞参与生精过程。有研究揭示了精原干细胞核心微环境因子和一批关键的内源因子，但我们对精原干细胞活性的来源和其代谢状态与命运决定的关系缺乏了解。随着单细胞组学技术的发展，我们能够从单细胞水平探究不同细胞类型转录和表观遗传状态，描述细胞发育轨迹并筛选在细胞命运决定中发挥关键作用的因子。 中国科学院西北高原生物研究所动物繁育与功能基因组团队利用在未分化精原细胞特异表达荧光蛋白的小鼠模型（Lin28-yfp敲入小鼠），通过开展流式细胞分选和单细胞转录组及开放染色质检测，描述了未分化精原细胞染色质开放状态聚类图谱，鉴定出一批在细胞发育过程中motif开放状态和其自身表达水平成正相关的转录因子，并通过正向转录调控因子筛选，发现多个可能在未分化精原细胞发育中起关键作用的转录因子【包括参与调控代谢和细胞周期的转录因子E4F1（E4F transcription factor 1）】。为探究E4F1在精原干细胞命运决定中的功能，该团队制备了E4f1生殖细胞特异敲除小鼠模型。表型分析结果显示该敲除小鼠无生育力。原因在于精原细胞虽然能正常形成但是自我更新和分化过程异常，且2月龄后曲精小管内只剩支持细胞。进一步分析发现，E4F1敲除导致精原细胞周期阻断于G1/S期，凋亡显著增加，线粒体结构被部分损坏，如线粒体膜电位和线粒体活性氧降低，线粒体长度增大。靶向代谢组分析发现，不同于表皮干细胞和造血干细胞，精原干细胞中E4F1的敲除虽然引起Dlat表达量降低，但是没有引起丙酮酸含量显著降低，且下游三羧酸循环相关代谢物没有异常。E4F1缺失导致精原细胞脂肪酸代谢异常，表明该转录因子在生殖细胞中有其独特的调控网络。单细胞转录组测序和Chip-qPCR结果显示，E4F1可能直接调控线粒体功能基因Cox7a2、Ndufs5、Dnajc19、Cox6c以及脂肪酸代谢关键基因的表达。为研究凋亡在E4F1敲除生殖细胞中的作用，该研究制备了E4F1;P53双敲除小鼠模型。研究通过表型分析发现，35日龄双敲除小鼠睾丸中生殖细胞的数量多于E4F1单敲除小鼠，但与单敲除小鼠一样，2月龄双敲除小鼠的生殖细胞全部丢失，表明E4F1敲除导致的生殖细胞丢失不完全依赖于P53蛋白。以上研究表明E4F1调控线粒体功能和代谢维持精原干细胞稳态。 本研究不仅为鉴定精原干细胞命运决定的调控因子提供了重要的基础数据，而且进一步完善了我们对干细胞代谢和发育调控的认识。9月25日，相关研究成果以Transcription factor E4F1 dictates spermatogonial stem cell fate decisions by regulating mitochondrial functions and cell cycle progression为题，在线发表在《细胞与生物科学》（Cell & Bioscience）上。研究工作得到国家自然科学基金和青海省自然科学基金等的支持。 未分化精原细胞转录调控因子鉴定及E4F1在精原干细胞维持中的功能。A：未分化精原细胞聚类TSNE图；B： 细胞簇特异peaks聚类热图；C：基因表达分数与转录因子motif结合预测的正向调控转录因子；D：2月龄对照和E4f1 cKO小鼠的睾丸；E：对照组和E4f1 cKO小鼠睾丸切片未分化精原细胞和支持细胞免疫荧光染色；F：对照和E4f1 cKO小鼠生殖细胞的透射电子显微镜图像；G：对照和E4f1 cKO小鼠生精小管的As、Apr和Aal精原细胞比例；H：基于单细胞转录组数据的细胞分型及比例。