细胞核重编程：从克隆青蛙到诱导多能干（iPS）细胞

早在20世纪50年代，我们通过John Gurdon等人的实验就已经得知卵细胞质能重编程体细胞核。1这些实验是为了解决分化细胞的基因组是否经历了不可逆转的变化，以及是否不再支持早期发育这些问题而进行的。Gurdon的实验表明并非如此，蝌蚪的分化细胞的细胞核在移植进入卵母细胞质中后，能指导卵细胞发育为性成熟成体青蛙。2尽管发生在50年前的重组DNA前时代，这些早期的核转移或克隆实验还是引起了报刊上关于克隆人可能性的猜测。1

几乎在同一时期，McCullough和Till证实了单个的骨髓来源细胞能产生多种造血细胞类型，3这是干细胞领域的重大发现。二十年后，发现了能产生成体小鼠所有组织类型的胚胎干细胞（ES）。4,5 细胞核转移和干细胞这两个各自迷人的领域，在2006年发生了非常引人注目的碰撞。一些重大的发现为这次事件铺平了道路。正如两栖动物中一样，细胞核移植进入小鼠卵母细胞后表明体细胞核重编程成为多能状态。6Tada等发现不止是卵细胞质，胚胎干细胞质在核移植细胞融合后也能重编程体细胞核。7发育生物学的研究随后鉴定了一组在胚胎干细胞和其他多能细胞类型特异表达的基因，这些基因可以认为是决定细胞多能状态的候选基因。8





图1. 细胞核重编程

A．在20世纪50年代，发育生物学家着手做实验来研究细胞分化是否涉及DNA水平的永久改变。如果是这样，他们推断，分化细胞的细胞核即使是放置在早期发育环境如卵中，也不能够指导早期胚胎发育。这些实验也被称为体细胞核转移（SCNT）或克隆。实际上，蝌蚪的肠细胞核在置于摘除细胞核的青蛙卵母细胞中时，能够支持整个发育过程直至形成一个成熟的青蛙。这个过程，也就是卵细胞质中存在的因子改变了基因表达的模式，将已分化的细胞核转变成为未分化细胞核的过程，称之为重编程。其中涉及的改变是表观遗传的，包括DNA甲基化的改变、组蛋白修饰和染色质结构。

B．后来，将成体卵丘细胞的核注入去核的小鼠卵母细胞产生了克隆小鼠。如同青蛙实验一样，卵丘细胞核重编程成为多能状态，能支持完整的发育。

C．重要的是，重编程体细胞核的能力不仅仅限于卵细胞质，如成体小鼠胸腺细胞与胚胎干细胞融合实验所示。尽管重编程不完全，但体细胞核中存在的Oct-3/4绿色荧光蛋白（GFP）在杂交细胞中表达，而在未融合的亲代胸腺细胞中不表达。