诱导多能干细胞技术是指分化的体细胞在外源特定转录因子的作用下,可改变原有的细胞命运重回多能性干细胞的状态。有效的重编程不仅需要使细胞重建多能性的调控网络,同时也必须打破体细胞固有的状态,建立胚胎干细胞特有的表观遗传修饰。在这一过程中,DNA的甲基化和羟甲基化被认为发挥了重要的作用。在本文的第一项研究中,我们证明了DNA羟甲基化酶Tet1可通过其羟甲基化活性,加速多能基因调控区域的去甲基化进程,激活多能性基因的表达,从而促进细胞多能性的建立,提高诱导型重编程的速率和效率。此外,Tetl可取代部分Yamanaka转录因子建立高质量的iPS细胞系。这些由Tet1参与建立的iPS细胞不仅高水平地表达多能性基因,更可在体内分化实验中发育为含有三胚层细胞结构的畸胎瘤,以及具有生殖系传递能力的嵌合体小鼠。更为重要的是,我们发现OT(Tetl取代Sox2、Klf4和c-Myc)和TSKM (Tetl取代Oct4) iPS细胞可在四倍体互补实验中高效地产生足月的、完全由iPS细胞发育而来的all-iPSC小鼠。与OSKM-iPSC小鼠具有极高的肿瘤发生率所不同的是,这些OT-和TSKM-iPSC小鼠能够健康地成长并存活1年以上的时间。此外,我们还建立了OT和TSKM二次诱导系统,为进一步研究诱导型重编程中表观遗传修饰的变化提供了便利。总之,我们的研究证明了Tetl和5hmC在诱导型重编程中起到了十分重要的作用,Tet1可取代Yamanaka转录因子建立高质量的、多能的iPS细胞。传统的人诱导多能干细胞(hiPSC)技术采用病毒介导的诱导方式,造成了人类基因组中外源基因的插入。此外,以人皮肤成纤维细胞为基础的体细胞的取材具有较大的创伤性,不利于实际应用的推广。本文的第二项工作是对简单、快速和安全的hiPS细胞诱导方法的研究。我们证明了仅需2-5毫升外周血单核细胞的episomal质粒电转,即可在一个月内有效地建立无外源基因插入的、非整合型的hiPS细胞。我们将这些hiPS细胞培养于无动物源性成份的体系中,并证明了它们在细胞形态、基因表达、核心蛋白和甲基化水平以及体内外分化潜能等多方面与人类胚胎干细胞相似,具有良好的多能性。这些个人特异的非整合型hiPS细胞可被用于更深入的基础生物学研究以及包括疾病致病机理、药物筛选和再生医学在内的临床医学研究,甚至可被用于个性化的临床治疗。我们希望通过此项研究为最终实现hiPS细胞的临床应用做好基础准备工作。