Nature：生成新型单倍体干细胞

 正常的干细胞通常有两个拷贝的基因组。来自耶路撒冷希伯来大学、哥伦比亚大学医学中心(CUMC)和纽约干细胞基金会研究所(NYSCF)的科学家们，现成功培育出了一种携带单拷贝人类基因组的新型胚胎干细胞。他们的研究结果发布在《自然》（Nature）杂志上。

 

论文中描述的这些干细胞是首批已知只有一个拷贝的亲本细胞基因组，且能够进行分裂的人类细胞。

 

由于继承了两套染色体，人类细胞被认为是“二倍体”，它们总共具有46条染色体，一半来自母亲，一半来自父亲。唯一的例外是生殖细胞（卵子和精子），由于它们只有一套即23条染色体被称作为“单倍体”细胞。这些单倍体细胞无法分裂生成更多的精子和卵子。

 

以往一些采用人类卵细胞来生成胚胎干细胞的研究努力最终获得了二倍体干细胞。在这项研究中，科学家们触发了未受精的人类卵细胞进行分裂。他们随后用一种荧光染料照亮DNA，分离出了单倍体干细胞，它们散布在数量更多的二倍体细胞之中。

 

研究人员证实这些单倍体干细胞具有多能性——这意味着它们能够分化为许多其他的细胞类型，包括神经细胞、心脏细胞和胰腺细胞，同时仅保留一套染色体。

 

研究的共同主要作者、耶路撒冷希伯来大学Azrieli干细胞与遗传学研究中心主任Nissim Benvenisty博士说：“这项研究提供了我们一种新型的人类干细胞，将会对人类遗传和医学研究产生重要的影响。这些细胞为研究人员提供了一种新工具，增进我们对人类发育的认识及了解为什么我们要进行有性生殖。”

 

研究人员还显示，由于只具有一个拷贝的基因可以打靶，单倍体细胞有可能成为一种强大的遗传筛查工具。能够影响单倍体人类干细胞中单拷贝的基因，有潜力在一些生物医学领域如癌症研究、精准医学和再生医学中帮助进行遗传分析。

 

耶路撒冷希伯来大学Azrieli干细胞与遗传学研究中心博士生Ido Sagi说：“利用单倍体干细胞最大的一个优势在于，更容易编辑它们的基因。”在二倍体细胞中，由于一个拷贝的基因是正常的，充当了“备份”，很难检测单拷贝突变的生物学影响。

 

由于研究中描绘的这些干细胞与卵细胞捐献者基因匹配，还可以利用它们来开发出一些细胞疗法治疗诸如失明、糖尿病等疾病或基因相同的细胞提供治疗优势的其他状况。由于它们的遗传基因与生殖细胞相当，或许还可以利用它们来达到生殖目的。

 

单倍体细胞只含有一个完整染色体组，因此等位基因上的突变效应不会被另一条染色体所掩盖，因而利用单倍体细胞可以大大帮助推动基因组的功能性研究。早在2011年，剑桥大学的科学家就在世界上首次培育出了哺乳动物的单倍体胚胎干细胞。

 

2012年9月，来自中科院动物研究所、中科院研究所院与东北农业大学的研究人员，成功建立了来自孤雄囊胚的单倍体胚胎细胞系，并进一步验证将这些细胞注入到卵母细胞后产生了健康的小鼠。

 

2013年7月， Cell Research发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所李劲松研究组、神经科学研究所孙强研究组和健康科学研究所金颖研究组的一项合作研究，他们建立了来自食蟹猴孤雌囊胚的单倍体胚胎干细胞系。

 

2013年8月，由奥地利科学院和维也纳Haplogen的研究人员领导的一个研究小组，利用一种称之为“基因捕获”（ gene trap）的技术构建出了一个人类单倍体细胞库，该细胞库中包括有3000多种细胞系，每个细胞系都具有一种不同的突变基因。这项研究工作发布在Nature Methods杂志上。

 

2013年12月，中科院动物研究所周琪带领研究团队成功地建立了大鼠的单倍体胚胎干细胞系，并证明大鼠单倍体胚胎干细胞在长期培养过程中仍可维持单倍性和多能性。相关成果发表于Cell Stem Cell杂志上。

 

2014年11月，来自奥地利的一个科学家小组借助了称作为CRISPR/Cas9的基因编辑技术，构建出了第一个人类完全的单倍体细胞系。他们的研究结果发布在Genome Research杂志上。

 

2015年11月，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所李劲松研究组再度发布重大突破，从卵子中产生了能代替精子使用的单倍体胚胎干细胞，并证明这些细胞能高效产生半克隆小鼠，从而简化了单倍体胚胎干细胞技术，促进单倍体胚胎干细胞技术的广泛应用。研究成果发表在Cell Research上。