诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)是通过在分化的体细胞中表达特定的几个转录因子,以诱导体细胞重编程而获得可不断自我更新(self-renewal)且具有多向分化潜能的细胞。自从2006年Takahashi和Yamanaka报道成功建立小鼠的诱导多能性干细胞以来,全世界众多实验室开始了iPS细胞研究,并取得了巨大进展。端粒酶和端粒对维持胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)无限自我复制具有重要的作用,从而阻止ES细胞衰老,而成体细胞端粒酶活性较低,端粒长度随着年龄增加而缩短最终导致机体组织衰老。我们从小鼠尾尖分离成纤维细胞(tail-tip fibroblast,TTF),使用Yamanaka四因子(Oct4、Sox2、c-Myc和K1f4)将之重编程为iPS细胞,以探讨在体细胞重编程过程中端粒改变及对iPS细胞多能性的影响。　　 首先从端粒酶活性缺失(Terc-/-)的小鼠分离得到iPS细胞,以检测端粒酶缺失和端粒缩短是否影响体细胞重编程效率和多能性。我们成功分离得到两种iPS细胞即Wildtype(TeFc+/+)和第一代Knockout(Terc-/-)。WT和KO两种TTF细胞在诱导第9天的克隆形成效率并无统计学差异,即端粒酶缺失第一代的小鼠体细胞和正常体细胞都能有效的被诱导为iPS细胞。这些iPS细胞具有和正常ES细胞相同的克隆形态,并且其增殖速度与正常ES细胞相似。免疫荧光和定量PCR都显示这些iPS细胞高表达内源性多能性分子Oct4、Nanog和Sox2,同时外源性转录因子在iPS细胞克隆形成之后被沉默,但不同的iPS细胞克隆随着传代可能将部分外源转录因子激活。这些iPS细胞与起源的TTF相比,细胞衰老相关基因P53、Sirt6和Pten的表达大大降低,而对多能性分子Oct4启动子甲基化分析,无论WT TTF还是KO TTF都呈高甲基化状态,但iPS细胞具有和正常ES细胞相似的低甲基化状态。体外拟胚体形成以及裸鼠皮下成瘤都表明这些iPS细胞可以分化为三个胚层的细胞和组织。通过Piezo注射仪将iPS细胞注射入4-或8-细胞胚胎,根据后代小鼠毛色判断嵌合体比例,结果显示WT-iPS细胞可以有效的产生嵌合体小鼠,而KO-iPS细胞只有毛色嵌合极低的小鼠出生,大部分小鼠都没有嵌合。这些结果表明端粒缺失对iPS细胞分离并没有明显的影响,但端粒缩短却大大降低了iPS细胞的多能性。　　 体细胞在重编程过程中端粒酶和端粒长度是如何发生动态改变的,这些问题并没有文献给出明确回答,因此我们对不同时段的重组细胞进行分子检测。在体细胞诱导过程中分别取病毒感染后第5、10和15天的细胞,定量PCR检测端粒酶相关基因Tert和Terc的激活先于多能性分子Oct4和Nanog,而这三个时间点的细胞端粒长度在WT TTF是慢慢延长的,对于KO TTF端粒长度也没有缩短。在iPS细胞克隆形成之后分别取P5、P12和P27三个代次的细胞,定量PCR显示端粒酶的表达逐渐增高,在P12代左右达到正常ES细胞的水平,而端粒长度随着iPS细胞的传代逐渐增长。不同端粒长度的iPS细胞形成嵌合体的比率也不相同,端粒长的iPS细胞更容易形成嵌合体。　　 体细胞重编程涉及到染色体状态的改变,因此我们猜测相关的重组蛋白也被激活,通过端粒延长替代机制(Alterative lengthening of telomere,ALT)而参与端粒延长。结果证明Zscan4及相关重组蛋白在iPS克隆形成之后被激活,而DNA甲基化转移酶Dnmt3a和Dnmt3b以及组蛋白甲基化转移酶Sur39h2在体细胞重编程过程中持续低表达,直到Passage12左右才达到与正常ES细胞相同的水平。由于印记基因的激活影响iPS细胞的多能性,因此我们检测iPS细胞D1k1-Dio3基因群的表达,其中多个iPS细胞系Rian和Gt12都被激活,而D1k1的表达与正常ES细胞相同。　　 综上所述,我们成功从衰老的体细胞诱导为具有多能性的iPS细胞,并详细探讨了端粒酶及端粒在重编程过程中的作用和特点,结果显示端粒酶的激活和端粒的延长与iPS细胞多能性相关,同时也证明端粒酶的激活是iPS细胞端粒延长的重要机制,而端粒重组交换机制是iPS细胞端粒延长的另外一个补充机制。