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

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

2019年1月17日，劉光慧研究組（中國科學(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（中國科學(xué)院動物研究所）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CRISPR技術(shù)編輯長壽基因FOXO3，成功構(gòu)建了世界首例遺傳增強的人類血管細胞。不但能更高效地促進血管修復(fù)與再生，而且能有效抵抗細胞的致瘤性轉(zhuǎn)化。遺傳增強人類血管細胞的成功獲得為開展安全有效的臨床細胞治療提供了重要解決途徑。

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

研究團隊歷時六年的探索，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胞中FOXO3基因的第3號外顯子中的兩個單核苷酸，從而實現(xiàn)了抑制細胞中FOXO3蛋白的磷酸化和降解，促進FOXO3在細胞核內(nèi)的聚集進而激活下游靶基因的表達。

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

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

為驗證遺傳增強干細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傳增強的干細胞中，發(fā)現(xiàn)遺傳增強干細胞還可以有效地抵抗癌基因誘導(dǎo)的細胞惡性轉(zhuǎn)化。

總的來說，通過改寫人類基因組中的兩個堿基，研究團隊成功建立了可同時抵抗細胞衰老和癌變的優(yōu)質(zhì)人類血管細胞。

該項研究首次利用基因編輯技術(shù)實現(xiàn)了人類血管細胞的功能增強，揭示了長壽蛋白FOXO3維持人類血管穩(wěn)態(tài)的新機制，從概念上證明了利用基因編輯策略獲得優(yōu)質(zhì)安全人類血管細胞移植物的可行性。此外，該研究使規(guī)?；蜆藴驶苽鋬?yōu)質(zhì)安全的人類細胞治療材料成為可能，為未來的再生醫(yī)學(xué)提供了一個具有潛力的選項，對發(fā)展更加安全有效的臨床細胞治療策略具有深遠意義。

本次遺傳增強人類血管細胞的獲得，是繼2017年劉光慧團隊創(chuàng)建國際首例抵抗細胞衰老和癌變的遺傳增強人類干細胞（Cell Res 2017）之后，人類細胞功能增強策略應(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、中科院動物所、中科院干細胞與再生創(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#