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细胞替代治疗在再生医学中占有重要地位,而如何获得足够数量的有功能的可移植细胞成为近年来再生医学领域的研究热点。由于拥有谱系内多向分化的潜能以及较为强大的自我更新能力,神经干细胞成为治疗神经系统疾病最佳的细胞来源。获得神经干细胞的途径主要包括:流产胎儿脑组织分离,由多能性干细胞分化为神经干细胞,以及由体细胞转分化为神经干细胞等。由于通过诱导多能干细胞再分化以及体细胞转分化途径获得的细胞不受伦理因素限制,且细胞来源较为广泛(包括皮肤成纤维细胞,角质细胞,羊膜分离细胞等),因此相关研究备受瞩目。然而,重编程及转分化过程中细胞命运调控的分子机制并不十分清晰。针对该过程细胞命运转变的调控机制研究将为神经干细胞的临床应用提供有力的理论依据。 本论文基于实验室建立的高效诱导尿液来源细胞(UC)转分化为神经前体细胞(NPC)的实验平台,研究了该过程中UC重编程为诱导多能干细胞(iPSC),或者转分化为NPC的命运决定机制。在论文的第一部分,为了鉴定五种小分子抑制剂中最关键的小分子,我们将五种抑制剂进行拆分组合,从中筛选出对于诱导过程最重要的因子A83-01(TGF-β通路抑制剂),同时将原有的mTesR1为基础的诱导体系简化为成分明确的E7(不含TGF-β)/E8(含TGF-β)诱导体系,发现在无TGF-β的条件下可诱导高效转分化获得NPC,而有TGF-β的诱导条件下重编程效率降低,但可获得iPSC。在获得NPC的过程中,内源性OCT4基因始终不被激活,因此该过程并非重编程为多能干细胞后再分化的过程。在论文的第二部分,我们首先确定TGF-β发挥作用的时间段,发现在UC重编程过程早期(0-6d)抑制TGF-β通路可以提高重编程效率;而在重编程后期(6-18d),抑制TGF-β通路可以高效获得NPC,不抑制TGF-β通路可以获得iPSC。进一步,我们对其分子机制进行研究,发现TGF-β在重编程早期可以诱导EMT相关基因SNAH表达,进而诱导EMT,阻碍重编程。而在重编程后期,TGF-β可以诱导SMAD2基因的表达,进而维持OCT4,NANOG基因的活化,促进细胞完全重编程为iPSC,若后期缺乏外源性TGF-β刺激,克隆无法维持内源性OCT4,NANOG基因的持续激活,因此,在内部高水平SOX2基因作用下,克隆转分化为NPC。 综上所述,本研究为高效获得NPC或者iPSC提供了新的思路;同时,揭示了尿液来源细胞重编程过程中细胞命运转变的部分机理,为尿液来源细胞诱导NPC,或iPSC的临床应用提供了一定的理论依据,加深了对于重编程过程及细胞命运决定的认识。