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摘要自2006年日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)建立了体细胞重编程技术体系之后，以干细胞为基础的再生医学逐渐被认为是未来医学的重要发展方向之一。再生医学通过移植功能性细胞或者修复受损的组织器官，进而达到治愈疾病的目的。再生医学研究的核心和瓶颈问题在于高效快速获得安全有效的功能性细胞。因此，研究细胞命运转换的具体发生机制，有助于功能性细胞的高效获取以及再生医学的长远发展。<br>　　本论文以两个细胞命运转换过程为主要研究模型:小鼠胚胎成纤维细胞向具有功能的神经元样细胞的转分化过程和小鼠胚胎成纤维细胞重编程为多能干细胞的过程，从生长因子和小分子调控细胞命运的角度开展了相关研究。<br>　　在第一部分的研究中，我们利用包含五个简单因子(N2supplement、Basic fibroblast growth factor(bFGF)、Leukemia Inhibitory Factor(LIF)、vitamin C(Vc)和β-mercaptoethanol(β-Me))的培养基诱导小鼠胚胎成纤维细胞(Mouse embryonic fibroblast，MEF)转分化为有部分生物学功能的神经元样细胞，整个诱导过程仅耗时16天，最终TuJ+细胞的比例达到40％。此外，包含五个因子的新型培养基能够将大鼠的星形胶质细胞成功诱导为有成熟电生理信号的神经元样细胞。在此基础上，我们进一步地摸索了以上生长因子和小分子诱导小鼠胚胎成纤维细胞向神经元样细胞转分化的作用机制。我们发现，在我们的体系中，Insulin和bFGF介导的细胞高速增殖对转分化过程是必需的。此外，Insulin和bFGF诱导早期EMT(Epithelial to mesenchymal transition)，并通过调控Sox2和Stat3的表达水平诱导中后期的MET(Mesenchymal to epithelial transition)，Sox2介导的从早期EMT到中后期MET的转变对转分化过程有重要调控作用，抑制早期EMT或中后期MET中任何一个过程都显著地降低了TuJ+细胞比例。<br>　　在第二部分的研究中，基于Vitamin C(又称ascorbic acid，AA)提高重编程效率的研究事实，我们在传统四因子OKSM(Oct3/4(又称Pou5f1)，Sox2，Klf4和c-Myc)体系中，探索了Vitamin C代谢过程中的小分子对重编程过程的影响，发现脱氢抗坏血酸(Dehydroascorbic acid，DHAA)，主要通过促进MET过程和促进多能性基因的表达，显著提高重编程效率。此外，DHAA下游代谢产物中，2，3-diketogulonate(DKG)可浓度依赖地增加Oct4-GFP阳性克隆数目，160μM DKG产生的阳性克隆数目约为对照组2倍;L-Threonate、L-Erythulose对重编程无影响，低浓度Oxalate对重编程无明显影响，Oxalate浓度达40μM能够抑制重编程过程。我们进一步发现DKG通过促进MET提高重编程效率。<br>　　综上，由于Vitamin C具有调控TET酶活性的生物学功能，我们研究了DKG的生物学功能，发现在传统OKSM诱导体系中过表达Tetl，DKG通过抑制MET从而降低重编程效率。我们进一步研究了DKG和TET蛋白之间的相互作用，发现在α-酮戊二酸(α-Oxoglutaric acid，2OG)与TET蛋白结合的活性口袋中，DKG比抗坏血酸(Ascorbic acid，AA)和DHAA具有更强的结合能力。此外，我们发现DKG能够显著增强TET1蛋白的DNA去甲基化酶活性。在重编程过程中，DKG和TET1蛋白相互作用，增强了TET1蛋白去甲基化酶活性，从而调控了重编程过程中某些基因的表达，抑制了重编程效率。<br>　　本研究探索了生长因子和小分子在转分化过程和重编程过程中扮演的重要角色，有利于深入认识和理解生长因子和小分子调控细胞命运转变。