项目名称-干细胞分化表观遗传学调控及其治疗糖尿病应用基础研究-首席

项目名称-干细胞分化表观遗传学调控及其治疗糖尿病应用基础研究-首席内容摘要：

在治疗肾脏疾病的可行性（ Stem Cells Dev. 2020）（图 7图 9）。 A B C 图 7：成体干细胞体外诱导能分化成肾上皮细胞 图 8：成体干细胞静脉移植 后能归巢到损伤肾组织 图 9：干细胞移植后体内分化为肾小管上皮细胞 B. 开展干细胞分化表观遗传学调控机制研究的可行性分析 大量的试验证据表明：与终末分化的体细胞不同，干细胞和组织前体细胞内组蛋白修饰和核小体重塑占核心地位，最新研究组蛋白 H3 第 4 位和第 27 位赖氨酸的三甲基化修饰并存，推测这种 bivalent 修饰可能使基因处于一种易于被转录的状态。 本项目团队已经鉴定早期中胚层干细胞关键的多胚层转录因子具bivalent 修饰，为开展多系分化诱导研究奠定了基础。 Ⅰ . 已发现组蛋白修饰对胰 /肾祖细胞分化过 程的生物学效应机制 本项目团队最新发现作用于 H3K27me3 去甲基化酶 UTX 与异染色质蛋白HP1 相互作用（图 10a）。 初步结果显示 这种相互作用似乎抑制 UTX 的去甲基化酶活性 (图 10b, c)。 由于 HP1是一个异染色质组蛋白标志性 marker H3K9me2/3的识别结合蛋白，而 H3K27me3 不但是一个转录抑制标志，还是细胞身份 /记忆过程的关键性组蛋白修饰，已有结果提示细胞保护自身身份的一种表观遗传机制：即细胞对自身身份的维持通过一个 H3K27me3/H3K9me3 双保险的机制。 但目前其生物学效应尚不明确。 本项目将围绕组蛋白修饰在胰 /肾祖细胞分化过程中这一相互作用发挥其生物学效应展开深入研究。 图 10： H3K27me3去甲基化酶 UTX与 HP1相互作用抑制 UTX去甲基化酶活性 Ⅱ . 发现了新的染色质调控因子 基于本项目团队以前鉴定过 3个新的组蛋白去甲基化酶的工作经历（ Nature. 2020. 447(7144):6015.），在发现和寻找新的染色质调控因子方面已经积累了经验。 因此，本项目将继续在发现和寻找如下未知的组蛋白 /染色质调控因子方面开展工作：组蛋白甲基化修饰结合蛋白、新的组蛋白去甲基化酶、染色 质重塑因子。 以期丰富对表观遗传学调控的全貌认识，为找到并鉴定出胰 /肾祖细胞分化过程中发挥重要作用的染色质调控因子打下了良好基础。 C. 干细胞体内功能分析评价技术的可行性分析 分析评价干细胞移植治疗糖尿病后在受体内的生物学功能，必须结合干细胞的标记和示踪。 目前本项目团队已经利用分子影像方法进行了干细胞治疗功能评价的初步研究。 Ⅰ . 生物荧光与 GFP融合基因的分子影像技术 本项目团队构建了以泛素（ ubiquitin）启动子表达萤火虫荧光素蛋白 (firefly luciferin, Fluc)、绿色荧光蛋白（ GFP）和胸苷激酶（ ttk）基因表达融合蛋白的慢病毒载体。 利用 Fluc和 ttk 可监测转化的细胞在活体动物内的存活情况，并且 ttk基因可用于大动物成像和基因治疗的载体；在实验终末期，通过组织切片并利用荧光显微镜验证 GFP+细胞在体内功能作用。 同时利用分子影像技术（ PET、 MRI、 CT）等监测干细胞移植后器官的功能（ PLoS ONE, 2020。 Stem Cells, 2020。 J Mol Cell Cardiol, 2020。 图 11）。 图 11： Fluc和 GFP融合基因标记人 hES细胞后可进行体内外成像 Ⅱ . 报告基因的 PET成像技术 干细胞通过慢病毒载体转导报告基因胸苷激酶 (ttk)，正电子发射计算机断层扫描 (Positron emission tomography, PET) 能监测细胞的存活和迁移。 通过注射PET 显像剂 18FFHBG (9[(4氟 )3羟基甲基丁基 ]鸟嘌呤 )可以较好地显示细胞存在，结合 18FFDG (18Ffluoroethyl2deoxyDglucose， 18F脱氧葡萄糖 ) PET扫描，可以较好的对移植细胞进行解剖学定位（ J Mol Cell Cardiol, 2020。 Cloning Stem Cells, 2020。 图 12）。 图 12： 18FFHBG和 18FFDG 的 PET成像监测体内细胞存活 Ⅲ . 纳米铁粒子标记干细胞技术 利用磁共振成像（ Magic resonance imaging, MRI），通过对干细胞标记在体外标记铁纳米颗粒（ Feridex），可以监测干细胞在体内的过程（ Stem Cells， 2020；图 13），为体内有效评价干细胞归巢、分化、再生、修复等奠定了良好基础。 图 13： MRI监测纳米铁离子在体内过程 D. 干细胞治疗糖尿病安全性、有效性研究的可行性分析 为进一步探讨诱导分化后得到的特异性干细胞在糖尿病及其并发症糖尿病肾病治疗的有效性和安全性研究方面，需要具备动物模型和相关有效性、安全性评价的经验。 本项目前期已经完成了国内首个干细胞技术产品的安全性、有效性研究：以嵌合模型建立异基因成体干细胞移植技术，提出并建立了 亚全能干细胞 再生修复新方法；利用成体干细胞进行了多靶点组 织的干细胞治疗，用于修复造血损伤、神经系统损伤、心血管疾病损伤、减轻肝脏进行性损伤、肺损伤、肌肉损伤；克服了成体干细胞应用前的 5大关键技术（质、量、途径、耐受、功能），发明建立了成体干细胞体外规模化制备技术工艺及干细胞临床前应用技术；建立了成体干细胞体外规模化制备工艺技术流程和功能评价体系，制定出干细胞（药物）产品的质量控制标准和 SOP 操作规范体系；已建立大、小动物模型平台，掌握了制作相关疾病动物模型的技术，研制出我国第一个干细胞新药 ——“骨髓原始间充质干细胞 ”，获得了国家食品药品监督管理局（ SFDA）临床 试验批件（ 2020L04793， 2020L01037）（图 14），并已完成安全性、有效性临床试验，验证了成体干细胞技术应用于治疗重大组织器官损伤性疾病时良好安全可控性和有效性。 图 14：干细胞新药国家 SFDA临床试验批件（ 2020L04793） 四、年度计划 研究内容 预期目标 第。