干細(xì)胞技術(shù)在再生醫(yī)學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。由干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化獲得的多種類型細(xì)胞移植入病灶部位后，可達(dá)到促進(jìn)病損組織再生、恢復(fù)組織器官穩(wěn)態(tài)和功能的目的。然而，干細(xì)胞治療在有效性和安全性方面尚存局限，嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)的普及。

FOXO3是重要的人類長(zhǎng)壽基因，與延緩細(xì)胞衰老、抵御外界應(yīng)激和增強(qiáng)心血管穩(wěn)態(tài)關(guān)系密切。此外，F(xiàn)OXO3的活化可通過(guò)誘導(dǎo)抑癌基因表達(dá)抵抗細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。

2019年1月17日，劉光慧研究組（中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所）、湯富酬研究組（北京大學(xué)）和曲靜研究組（中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所）合作在Cell雜志子刊Cell Stem Cell 發(fā)表題為：FOXO3-engineered human ESC-derived vascular cells promote vascular protection and regeneration 的研究論文。搞研究通過(guò)CRISPR技術(shù)編輯長(zhǎng)壽基因FOXO3，成功構(gòu)建了世界首例遺傳增強(qiáng)的人類血管細(xì)胞。不但能更高效地促進(jìn)血管修復(fù)與再生，而且能有效抵抗細(xì)胞的致瘤性轉(zhuǎn)化。遺傳增強(qiáng)人類血管細(xì)胞的成功獲得為開展安全有效的臨床細(xì)胞治療提供了重要解決途徑。

FOXO3是重要的人類長(zhǎng)壽基因，與延緩細(xì)胞衰老、抵御外界應(yīng)激和增強(qiáng)心血管穩(wěn)態(tài)關(guān)系密切。此外，F(xiàn)OXO3的活化可通過(guò)誘導(dǎo)抑癌基因表達(dá)抵抗細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。

研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)六年的探索，利用第三代腺病毒載體HDAdV介導(dǎo)的CRISPR基因編輯技術(shù)置換了人類胚胎干細(xì)胞中FOXO3基因的第3號(hào)外顯子中的兩個(gè)單核苷酸，從而實(shí)現(xiàn)了抑制細(xì)胞中FOXO3蛋白的磷酸化和降解，促進(jìn)FOXO3在細(xì)胞核內(nèi)的聚集進(jìn)而激活下游靶基因的表達(dá)。

當(dāng)FOXO3遺傳增強(qiáng)的人類胚胎干細(xì)胞被定向分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞（血管內(nèi)膜）、血管平滑肌細(xì)胞（血管中膜）及間質(zhì)細(xì)胞（血管外膜）時(shí)，這三種血管細(xì)胞均表現(xiàn)出比野生型細(xì)胞更強(qiáng)的自我更新、抵抗氧化損傷及延緩細(xì)胞衰老等能力。

在機(jī)制方面，內(nèi)源激活的FOXO3通過(guò)拮抗CSRP1基因表達(dá)介導(dǎo)對(duì)血管細(xì)胞衰老的抵抗作用。更為重要的是，將遺傳增強(qiáng)的人類血管細(xì)胞靶向移植到動(dòng)物模型的缺血部位，可高效促進(jìn)受損血管的再生，迅速恢復(fù)缺血部位的血流，證明這些細(xì)胞具有明顯優(yōu)于野生型細(xì)胞的血管修復(fù)能力。

為驗(yàn)證遺傳增強(qiáng)干細(xì)胞作為移植材料的安全性，研究人員將多種致癌基因?qū)胍吧秃瓦z傳增強(qiáng)的干細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)遺傳增強(qiáng)干細(xì)胞還可以有效地抵抗癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)改寫人類基因組中的兩個(gè)堿基，研究團(tuán)隊(duì)成功建立了可同時(shí)抵抗細(xì)胞衰老和癌變的優(yōu)質(zhì)人類血管細(xì)胞。

該項(xiàng)研究首次利用基因編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人類血管細(xì)胞的功能增強(qiáng)，揭示了長(zhǎng)壽蛋白FOXO3維持人類血管穩(wěn)態(tài)的新機(jī)制，從概念上證明了利用基因編輯策略獲得優(yōu)質(zhì)安全人類血管細(xì)胞移植物的可行性。此外，該研究使規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化制備優(yōu)質(zhì)安全的人類細(xì)胞治療材料成為可能，為未來(lái)的再生醫(yī)學(xué)提供了一個(gè)具有潛力的選項(xiàng)，對(duì)發(fā)展更加安全有效的臨床細(xì)胞治療策略具有深遠(yuǎn)意義。

本次遺傳增強(qiáng)人類血管細(xì)胞的獲得，是繼2017年劉光慧團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建國(guó)際首例抵抗細(xì)胞衰老和癌變的遺傳增強(qiáng)人類干細(xì)胞（Cell Res 2017）之后，人類細(xì)胞功能增強(qiáng)策略應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的又一次突破。這些研究成果表明，人類基因組的遺傳密碼可以被創(chuàng)造性改寫，并有望被安全有效地應(yīng)用于疾病治療。

該研究工作由中科院生物物理所、中科院動(dòng)物所、中科院干細(xì)胞與再生創(chuàng)新研究院、北京大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院等機(jī)構(gòu)合作完成。中科院生物物理所劉光慧研究員、北京大學(xué)湯富酬研究員以及中科院動(dòng)物所曲靜研究員為共同通訊作者。中科院生物物理所碩士研究生顏鵬澤和北京大學(xué)博士研究生李晴晴為共同第一作者。

論文鏈接：

https://www./cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(18)30592-7#