基因編輯“催生”優質人類血管細胞

中科院生物物理研究所劉光慧團隊通過靶向編輯單個長壽基因FOXO3，得到了能抵抗細胞衰老和癌變的人類血管細胞，有望被用於血管退行性疾病的治療。

該研究成果1月18日在線發表於《細胞—幹細胞》。

胚胎幹細胞起源於胚胎時期。它不僅可以長期自我複製，還具有分化形成人體內各種組織細胞的潛力。

通過控制人胚胎幹細胞的分化，可修複或替換那些受損和“即將退休”的組織細胞，用於治療心肌梗死、糖尿病、骨髓細胞疾病、老年性退化症等多種疾病。

但是，幹細胞治療技術在有效性和安全性方面也存在局限。如果貿然注入體內，很容易遭受來自疾病和衰老等微環境的攻擊。

這些“人生地不熟”的幹細胞很快就會消失在體內。即便有頑強存活下來的，也可能因為基因組不穩定而突變成腫瘤細胞，在細胞治療中形成安全隱患。

為幫助幹細胞更好地發揮作用，劉光慧團隊利用基因編輯的方法同時解決了這兩大難題。

研究人員先用第三代腺病毒載體HDAdV介導的基因編輯技術置換了人類幹細胞中FOXO3基因第3號外顯子中兩個單核苷酸，實現了抑製細胞中FOXO3蛋白的磷酸化和降解，促進了FOXO3在細胞核內的聚集，該基因的轉錄活性得到提高。

又將其分化成血管內皮細胞（血管內膜）、血管平滑肌細胞（血管中膜）和間質細胞（血管外膜）。

血管像是身體中縱橫交錯的路線，營養物質的運輸離不開這些路線。如果路線老化，總是擁堵，血液不能及時輸送到各個器官，器官很快就會“罷工”。

這些遺傳增強的人類血管細胞就像是增強了裝備計程車兵，既提高了戰鬥力，又可以適應“戰場”中惡劣的環境，隨時準備支援體內老化損傷的細胞。

用於實驗研究的小鼠腿部大動脈血管處被人為結扎後，向腿部輸送血液的路線就被封住了。把遺傳增強的血管細胞注射到腿部，相當於引入了一股有著強戰鬥力的外援。

和對照組中那些未經過遺傳增強的野生細胞相比，這股外援有著更強的自我更新、抵抗氧化損傷及延緩細胞衰老等能力，可高效促進受損血管再生，迅速恢復缺血部位血流。

在機制方面，內源激活的FOXO3通過拮抗CSRP1基因表達介導對血管細胞衰老的抵抗作用。

研究人員還將多種致癌基因導入了遺傳增強的血管細胞中，發現它也可以有效抵抗癌基因誘導的細胞惡性轉化，這大大降低了利用這些細胞進行治療的安全隱患。

“我們的研究從概念上證明了利用基因編輯策略獲得優質安全的人類血管細胞的可行性。未來，這種策略可能會被應用於治療動脈粥樣硬化、心肌梗死、缺血性中風、糖尿病足、視網膜血管病變，以及其他血管損傷性疾病。”劉光慧說。

相關論文資訊：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.12.002

《中國科學報》 (2019-01-18 第1版 要聞)

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