5-FU诱导气管上皮细胞重编程的表观遗传机制研究

日美学者曾将Oct3/4、Nanog、Sox2干细胞相关基因,并用逆转录病毒将其导入纤维母细胞及皮肤细胞获得诱导多能干细胞。最近，基因重组将体细胞转化为干细胞被《Science》评为2008年十大科学进展之首。但其转化成功率很低，用病毒转化易诱发肿瘤。我们发现正常气管上皮细胞不表达上述三种基因，用5-FU诱导离体大鼠气管损伤修复过程中残余在基底膜G0期细胞出现表达，伴随分化成纤毛细胞、粘液细胞、基底细胞,恢复假复层纤毛上皮过程中逐渐沉默，这一现象令人惊愕，离体气管怎么能有规律表达胚胎干细胞相关基因？我们认为，5-FU介导体细胞发生重编程，因此出现三种因子的表达，转为干细胞。本研究拟用分子生物学、裸鼠移植等方法解析上述现象的表观遗传调控机制,申请人提出零导入，即不用基因导入，通过化学修饰也可使体细胞转化为干细胞。为解决异体移植排斥反应，再建气管肺提供新的实践和理论依据。

日美学者曾将Oct3/4、Sox2、Nanog称为胚胎干细胞特异基因,并用病毒将其导入纤维母细胞及皮肤细胞获得诱导多能干细胞。山中伸弥因而获得2012年诺贝尔奖。但是因使用癌基因、使用慢病毒导入有致癌危险，且诱导成功率仅为万分之二，尚无法应用临床。我们发现正常气管上皮细胞不表达上述三种基因，用5-FU诱导离体大鼠气管损伤修复过程中残余在基底膜G0期细胞出现上述三种基因表达，伴随分化成纤毛细胞和粘液细胞，恢复假复层纤毛上皮过程中逐渐沉默，这一现象令人惊愕，离体气管怎么能有规律表达胚胎干细胞特异基因？我们的假说是，体细胞因微环境改变表达胚胎干细胞多能性因子时，提示这种体细胞发生重编程，转为干细胞，或为休眠干细胞被激活。本研究用分子生物学、裸鼠移植等方法解析上述现象的表观遗传调控机理，申请人提出零导入，即不用基因导入，通过化学修饰可使体细胞转化为干细胞或唤醒干细胞。在国际上首次建立从气管上皮细胞株获取气管干细胞的富集方法。为分离干细胞提供了新的途径。首次证明5FU诱导气管上皮损伤修复过程中胚胎干细胞相关因子Oct3/4、Sox2、Nanog出现消长的分子机理与表观遗传学调控有关。建立从肺癌细胞株中分离富集癌干细胞的方法，解析了Oct3/4在肺癌的表达与预后的关系以及Oct3/4入核机制，为进一步研究肿瘤干细胞的生物学特性提供重要条件。从气管细胞株中富集气管干细胞，为解决异体移植排斥反应, 防止致癌危险，再建气管肺提供新的实践与理论根据。