賀小英　荊乾鴿　姜欣穎　吳憲　蘭宗寶　馬利兵

摘要：端粒酶與體細(xì)胞重編程是當(dāng)今生物界最熱門的研究領(lǐng)域之一。研究端粒酶能揭示生物體胚胎早期發(fā)育、衰老和癌癥發(fā)生的機(jī)制;細(xì)胞重編程則有望從根本上解決體細(xì)胞克隆技術(shù)問(wèn)題，從而開啟生命再造新時(shí)代。文章通過(guò)對(duì)端粒酶與體細(xì)胞重編程及二者互作機(jī)制的最新研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)闡述，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞重編程面臨的主要問(wèn)題是效率低下，其根本原因是對(duì)其作用機(jī)制尚未完全了解;而最新研究證實(shí)，生殖細(xì)胞的端粒酶活性發(fā)生時(shí)序性變化可能在胚胎發(fā)育及細(xì)胞重編程過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。因此，揭示細(xì)胞重編程機(jī)制是今后研究工作的重心，尤其是揭示端粒酶在胚胎發(fā)育過(guò)程的分子調(diào)控機(jī)理及端粒酶調(diào)控細(xì)胞重編程可能開啟的信號(hào)通路，對(duì)提高細(xì)胞重編程效率，推進(jìn)克隆動(dòng)物的生產(chǎn)實(shí)踐并開啟生命再造，以及為治療癌癥等人類重大疾病具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 端粒酶;體細(xì)胞重編程;表觀修飾;調(diào)控作用;胚胎發(fā)育

中圖分類號(hào)： S814.8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2019）05-1133-08

0 引言

端粒酶（Telomerase）是一種核糖核酸蛋白復(fù)合體，由端粒酶RNA（TER）、端粒酶催化亞基（TERT）及相關(guān)結(jié)合蛋白組成。其中，TERT是端粒酶蛋白組分中的催化亞單位，能直接刺激體外細(xì)胞增殖并延長(zhǎng)細(xì)胞壽命（Blasco，2005）。端粒（Telomeres）是由簡(jiǎn)單的DNA高度重復(fù)序列組成，且沿5'到3'方向富含GT，其中人類端粒由大量重復(fù)的TTAGGG組成。人們通常認(rèn)為，端粒酶有延長(zhǎng)端粒、保護(hù)端粒DNA完整性的功能，但越來(lái)越多研究證實(shí)其功能更強(qiáng)大和豐富。Park等（2009）研究表明，端粒酶通過(guò)與染色體重建蛋白BRG1相互作用而直接激活Wnt通路。Tsai等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)端粒酶活性的神經(jīng)母細(xì)胞瘤經(jīng)RNA干擾手段滅活端粒酶后，細(xì)胞內(nèi)的DNA出現(xiàn)濃縮及細(xì)胞周期抑制現(xiàn)象。近十年來(lái)，關(guān)于端粒酶又有新的分子功能發(fā)現(xiàn)，即端粒酶調(diào)控細(xì)胞重編程。Zvereva等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，人類TERT能進(jìn)行細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)控和代謝重編程;Kinoshita等（2014）研究證實(shí)，當(dāng)滅活供體細(xì)胞端粒酶活性時(shí)，許多與轉(zhuǎn)錄和表觀修飾相關(guān)的基因表達(dá)均發(fā)生一定程度的上調(diào)或下調(diào)?？梢姡肆Ｃ冈隗w細(xì)胞重編程過(guò)程中發(fā)揮著極其重要的作用。關(guān)于端粒，曾認(rèn)為其只是不編碼的一個(gè)簡(jiǎn)單重復(fù)序列（TTAGGG）n，但現(xiàn)在越來(lái)越多研究認(rèn)為端粒除了維持染色體的結(jié)構(gòu)完整和功能穩(wěn)定外，還在調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育分化乃至細(xì)胞重編程等一系列生命活動(dòng)中扮演著重要角色（Mason et al.，2011）?！禨cience》在2007年刊登了進(jìn)一步的重大發(fā)現(xiàn)：瑞士實(shí)驗(yàn)癌癥研究所的Joachim Linger及其同事發(fā)現(xiàn)端粒能充當(dāng)RNA的合成模板，產(chǎn)生許多RNA分子（Azzalin et al.，2007），但至今尚未明確這些合成RNA的具體作用。Wang等（2012）研究報(bào)道，與生殖細(xì)胞相比，體細(xì)胞端粒異質(zhì)性極可能是引起核重編程不徹底的關(guān)鍵因素，最終導(dǎo)致核移植效率低下或失敗。端粒維持生殖細(xì)胞染色體的完整性，而端粒酶通過(guò)延長(zhǎng)端粒使其在胚胎發(fā)育中實(shí)現(xiàn)完全重編程，與此不同的是，大多克隆動(dòng)物重編程效率低下，其主要原因是端粒并未被完全重編程，即端粒酶和端?？赡苁怯绊懼鼐幊绦实年P(guān)鍵因素。為此，本文就端粒酶與體細(xì)胞重編程及二者互作機(jī)制的最新研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)闡述，為今后開展克隆動(dòng)物生產(chǎn)及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的相關(guān)研究提供參考。

1 端粒酶的調(diào)控作用

端粒酶是一種特殊的DNA逆轉(zhuǎn)錄酶。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員對(duì)端粒酶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更精細(xì)的繪制（Jiang et al.，2015，2018），根據(jù)結(jié)構(gòu)圖（圖1）發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新蛋白Teb2和Teb3，二者與單鏈端粒DNA結(jié)合蛋白Teb1形成復(fù)合物（TEB），以增加端粒酶的活性。這兩個(gè)新蛋白的發(fā)現(xiàn)更正了人們認(rèn)為端粒酶由7個(gè)蛋白亞基和1個(gè)RNA鏈組成的觀點(diǎn)。此外，端粒酶的催化核心由RNA鏈及其互作蛋白TERT和p65組成。其中，RNA鏈形成一個(gè)環(huán)裹住TERT蛋白;端粒酶3個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白p75、p45和p19較保守，四膜蟲與人類的結(jié)構(gòu)類似，且關(guān)鍵蛋白p50與TERT、Teb1和p75協(xié)同互作參與端粒酶的功能（Upton et al.，2017）。TER作為RNA模板，具有模板的核心和TER活化結(jié)構(gòu)域（CR4/5）兩部分結(jié)構(gòu)域，但其激活端粒酶的機(jī)制尚不清楚。最新研究發(fā)現(xiàn)，全酶蛋白TCAB1能控制CR4/5的構(gòu)象，從而調(diào)控端粒酶復(fù)合體的組裝及其活性功能（Chen et al.，2018）。在人類胚胎早期發(fā)育階段，端粒酶在多種組織中具有活性，尤其在體外培養(yǎng)的絕大多數(shù)癌細(xì)胞和永生化細(xì)胞中均能檢測(cè)到端粒酶活性，但在成體細(xì)胞中缺乏端粒酶活性。

人類TERT的表達(dá)調(diào)控在胚胎早期發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，且其表達(dá)量的調(diào)控對(duì)許多轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)均有影響，如鋅指轉(zhuǎn)錄因子Sp1、癌基因（c-Myc）和抑癌基因（p53）在調(diào)控端粒酶活性中發(fā)揮重要作用。Sp1結(jié)合位點(diǎn)的任何突變均能顯著降低人類TERT啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄表達(dá)（Su et al.，2018），通常Sp1需要與c-Myc協(xié)同作用才能激活端粒酶的表達(dá)（Zheng et al.，2018），而端粒酶活性的時(shí)序性調(diào)控不斷維持早期胚胎染色體的完整性和穩(wěn)定性。此外，端粒酶在胚胎發(fā)育過(guò)程中扮演著除延長(zhǎng)端粒長(zhǎng)度之外的其他重要調(diào)控作用。Lewinska等（2017）也研究證明，敲除人類TERT可導(dǎo)致p53轉(zhuǎn)錄升高，進(jìn)而減少細(xì)胞增殖，進(jìn)一步說(shuō)明p53在人類TERT表達(dá)過(guò)程中發(fā)揮負(fù)反饋調(diào)控作用。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，TERT可直接與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，以輔助激活子的形式調(diào)控多個(gè)重要信號(hào)通路的下游靶基因表達(dá)（圖2）。信號(hào)通路TGF-β在胚胎發(fā)育和器官形成過(guò)程中發(fā)揮重要作用，其中，活化蛋白1（AP-1）能抑制人類TERT的轉(zhuǎn)錄，而AP1、TGF-β R1和SMAD3能抑制TGF-β活性途徑（Cherlet and Murphy，2007;Peek and Tollefsbol，2016;Yang et al.，2019）。也有研究認(rèn)為，ERα與上游人類TERT調(diào)控區(qū)結(jié)合而激活雌激素，是通過(guò)抑制TGF-β受體或AP1干擾TGF-β途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)（Peek and Tollefsbol，2016）。Yano等（2016）、Lewinska等（2017）、Qin等（2018）研究報(bào)道，p21、p53和E2F1能抑制人類TERT活性，CDK2/CDK4和Cyclin D卻激活人類TERT表達(dá)而影響細(xì)胞增殖，從而改變細(xì)胞周期信號(hào)途徑。PI3K/Akt與TERT間存在反饋調(diào)節(jié)，TERT表達(dá)可激活PI3K/Akt信號(hào)通路，而PI3K/Akt信號(hào)通路又可通過(guò)多種機(jī)制反作用增加TERT表達(dá)。PI3K/Akt和MAP激酶通路上調(diào)人類TERT轉(zhuǎn)錄是通過(guò)MAD1磷酸化，導(dǎo)致泛素介導(dǎo)的蛋白水解（Hein et al.，2011）。PI3K/Akt的通路作用可能導(dǎo)致人類TERT失調(diào)，最終導(dǎo)致細(xì)胞增殖甚至發(fā)生永生化（Peek and Tollefsbol，2016）。現(xiàn)有研究證實(shí)，在PI3k/Akt信號(hào)通路中，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子PI3K、Akt和mTOR參與正調(diào)控TERT（Blasco，2005;Hein et al.，2011;Dogan and Biray Avci，2018），而PTEN參與負(fù)調(diào)控TERT（Yang et al.，2019）。NF-κB和c-Myc誘導(dǎo)的人表皮生長(zhǎng)因子受體2（HER2）在照射后能激活人類TERT的NF-κB通路，進(jìn)而破壞細(xì)胞周期調(diào)控進(jìn)程（Tilborghs et al.，2017）。此外，炎癥因子IKK通過(guò)激活端粒酶的活性而調(diào)控NF-κB通路，從而刺激細(xì)胞增殖（An et al.，2016）。最新研究發(fā)現(xiàn)，表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）可上調(diào)TERT的表達(dá)從而觸發(fā)MEK信號(hào)通路（Lin et al.，2018）。

2 端粒酶與體細(xì)胞重編程的互作機(jī)制

2. 1 體細(xì)胞重編程研究進(jìn)展

細(xì)胞重編程是抹去基因組中原本存在的體細(xì)胞或生殖細(xì)胞類型特異的表觀遺傳修飾模式，建立起具有胚胎干細(xì)胞特異的表觀遺傳修飾模式，主要包括DNA甲基化修飾、組蛋白修飾、印記基因修飾及X染色體失活等表觀遺傳修飾的改變。

2. 1. 1 DNA甲基化修飾 當(dāng)前的研究表明，克隆胚和克隆動(dòng)物存在異常的表觀遺傳修飾，如較高的DNA甲基化和較低的組蛋白乙酰化水平（Silveira et al.，2018）。在克隆牛早期胚胎中可觀察到不完全的去甲基化現(xiàn)象（Bonk et al.，2008），而這種不完全的修飾會(huì)導(dǎo)致個(gè)體發(fā)育異常，如大型胎兒綜合癥等（Giraldo et al.，2008）。Kremenskoy等（2006）通過(guò)調(diào)查克隆牛胎兒全基因組范圍內(nèi)的DNA甲基化模式，發(fā)現(xiàn)克隆牛胎兒的腦部和胎盤存在異常DNA甲基化。Yang等（2007）研究顯示，正常牛胚胎重新甲基化發(fā)生在8-細(xì)胞期到16-細(xì)胞期，但克隆牛胚胎在4-細(xì)胞期提前發(fā)生重新甲基化，且滋養(yǎng)層細(xì)胞存在超甲基化的異常修飾。還有研究認(rèn)為，甲基化程度較低的體細(xì)胞克隆胚重編程效率相對(duì)較高（Blelloch et al.，2006）。因此，克隆動(dòng)物發(fā)育異常及克隆動(dòng)物失敗均會(huì)發(fā)生DNA甲基修飾的異常，而選擇易于重編程的供體細(xì)胞類型至關(guān)重要（Solter，2000）。此外，Sahakyan等（2017）通過(guò)檢測(cè)克隆和非克隆公牛精子發(fā)育調(diào)節(jié)基因（PEG3、XIST、OCT4和NANOG）的甲基化狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)二者并無(wú)明顯差異，且囊胚中的甲基化狀態(tài)也相似?？梢姡寺」５木釉谄浒l(fā)生過(guò)程中需要充分重新編程，才能產(chǎn)生表觀遺傳正常的胚胎，提示端粒酶在精子細(xì)胞重編程過(guò)程可能發(fā)揮重要作用。

2. 1. 2 組蛋白修飾 組蛋白修飾在細(xì)胞重編程過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用，是由于組蛋白單一位點(diǎn)的修飾即可改變?nèi)旧w構(gòu)象，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)（Marx，2006;Park et al.，2018）。目前的研究表明，與體外受精（IVF）胚胎相比，核移植胚胎的組蛋白修飾存在不同程度的變異，從牛核移植胚胎原核期到8-細(xì)胞期的H3K9、H3K18、H4K5和H4K8乙?；骄@著高于IVF胚胎，且在兩種胚胎中H3K9和H3K18的乙?；蕜?dòng)態(tài)變化：在8-細(xì)胞期減弱，在囊胚和桑椹胚期又明顯增強(qiáng)（Wu et al.，2011）。此外，卵子對(duì)供體細(xì)胞不完全重編程可能也與組蛋白修飾異常有關(guān)。Marión等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，體細(xì)胞的端粒DNA大部分呈甲基化修飾狀態(tài)，且富含組蛋白H3第9位賴氨酸三甲基化（H3K9me3）和H4第20位賴氨酸三甲基賴氨酸（H4K20me3）修飾，凡是能誘導(dǎo)成為iPS細(xì)胞的體細(xì)胞同樣伴隨著端粒重編程及其組蛋白的去甲基化修飾。

2. 1. 3 印記基因修飾 印記基因是指僅來(lái)自親本一方的等位基因表達(dá)，印記控制區(qū)（Imprinting control region，ICR）調(diào)控主要通過(guò)DNA甲基化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于基因印記相關(guān)疾病的癥狀與體細(xì)胞克隆動(dòng)物發(fā)育異常出現(xiàn)的癥狀相似，故推測(cè)重編程過(guò)程中的印記紊亂是導(dǎo)致體細(xì)胞克隆動(dòng)物發(fā)育異常的原因之一（Shen et al.，2012）。有關(guān)發(fā)育異常和死亡的體細(xì)胞克隆動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，印記基因的表達(dá)和甲基化模式異常在體細(xì)胞克隆動(dòng)物各組織上均有存在。Deng等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，死亡的克隆羊與存活的克隆羊相比，前者各組織中H19基因甲基化程度更高，但二者在腦組織中的差異不顯著。Curchoe等（2009）發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞克隆牛兩個(gè)印記基因（H19和IGF2）間的區(qū)域表現(xiàn)出異常超低甲基化修飾。此外，有研究發(fā)現(xiàn)印記基因XIST可能與雌性克隆牛的存活率有關(guān)，IGF2基因可能參與雄性克隆牛的存活率，也就是說(shuō)印記基因在克隆動(dòng)物性別發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用（Ruan et al.，2018）。

2. 1. 4 X染色體失活 X染色體失活一般發(fā)生在哺乳動(dòng)物的早期發(fā)育階段。X染色體失活是為了實(shí)現(xiàn)具有兩個(gè)X染色體的哺乳動(dòng)物雌性和具有單個(gè)X染色體的雄性與性別決定性Y染色體間的劑量等效（Sahakyan et al.，2017）;在體細(xì)胞克隆過(guò)程中重編程不完全也會(huì)引起X染色體失活的異常。正常情況下，XIST基因僅作用于失活的X染色體（Inactive X chromosome，Xi），另一條有活性的X染色體（Active X chromosome，Xa）則不受其影響。已有研究表明，在雄性體外受精囊胚期的胚胎中檢測(cè)不到XIST基因mRNA，但在體細(xì)胞囊胚期發(fā)現(xiàn)有XIST基因 mRNA（Inoue et al.，2010）。在失活起始階段，X染色體被XIST基因包裹后，其組蛋白抑制性修飾如H3K27me3大量增加，而活性修飾如H3K4的甲基化被去除，在Xa染色體上則恰好相反，即H3K27me3相對(duì)較低而H3K4甲基化水平相對(duì)較高（Sado and Brockdorff，2013）。

2. 2 端粒酶調(diào)控體細(xì)胞重編程

2. 2. 1 端粒酶調(diào)控端粒重編程 端粒酶的首要生物學(xué)功能是維持端粒長(zhǎng)度。體細(xì)胞中缺乏端粒酶的活性，端粒長(zhǎng)度則隨DNA復(fù)制逐漸縮短;在生殖細(xì)胞中，同一精子產(chǎn)生的不同細(xì)胞端粒長(zhǎng)度存在明顯差別。Achi等（2000）通過(guò)對(duì)小鼠未成熟精原細(xì)胞、不同階段生精細(xì)胞及成熟具有受精能力的精子進(jìn)行端粒長(zhǎng)度檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未成熟精原細(xì)胞的端粒較其他生精細(xì)胞的短，且在生精細(xì)胞到精子成熟的過(guò)程中端粒長(zhǎng)度不斷增加。由于存在末端復(fù)制問(wèn)題，盡管體細(xì)胞端粒長(zhǎng)度隨年齡的增加而縮短，但精子端粒長(zhǎng)度因端粒酶活性的存在保持不變，其目的是為了保護(hù)精子染色體遺傳物質(zhì)的完整性，最終實(shí)現(xiàn)親代精子在胚胎發(fā)育中端粒的完全重編程（Yatsenko et al.，2012）。關(guān)于克隆動(dòng)物中端粒的重編程問(wèn)題，Shiels等（1999）認(rèn)為克隆羊多莉的端粒長(zhǎng)度并未完全重編程，因此導(dǎo)致其表現(xiàn)出早衰現(xiàn)象;Betts和King（1999）在克隆牛的所有組織和細(xì)胞中也未發(fā)現(xiàn)端粒長(zhǎng)度延長(zhǎng)現(xiàn)象。但Lanza等（2000）研究得出完全不同的結(jié)論，即克隆牛的端粒長(zhǎng)度顯著長(zhǎng)于其供體成纖維細(xì)胞;Dean等（2001）同樣發(fā)現(xiàn)克隆豬的端粒發(fā)生了重編程現(xiàn)象。關(guān)于核移植后端粒是否發(fā)生重編程的報(bào)道各不相同，其原因可能是體細(xì)胞中端粒的長(zhǎng)度變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，且克隆動(dòng)物的數(shù)量有限，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，很難從克隆前、后動(dòng)物的體細(xì)胞探究端粒的長(zhǎng)度變化規(guī)律。目前，對(duì)于端粒酶和端粒在體細(xì)胞重編程過(guò)程中的作用機(jī)制尚不清楚，但可以肯定的是在胚胎形成期通過(guò)端粒酶重新合成端粒DNA具有重要意義（Schaetzlein and Rudolph，2005）。Wang等（2012）研究報(bào)道，在誘導(dǎo)iPS細(xì)胞重編程過(guò)程中端粒酶的活性起關(guān)鍵調(diào)控作用，端粒長(zhǎng)度發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，且這種動(dòng)態(tài)變化可能在指導(dǎo)胚胎不斷發(fā)育和分化。

端粒重編程發(fā)生不僅包括端粒的長(zhǎng)度變化，還包括許多參與端粒結(jié)合及與端粒調(diào)控有關(guān)的蛋白變化。至今已發(fā)現(xiàn)的端粒相關(guān)蛋白有TRF1、TRF2、TP1、TERT、Tankyrase和POT1等，其中，TRF1和TRF2是兩種端粒DNA結(jié)合蛋白（Telomere-specific DNA binding protein），且有學(xué)者認(rèn)為TRF1可能是通過(guò)抑制端粒酶來(lái)調(diào)控端粒長(zhǎng)度，TRF2則可能具有保護(hù)染色體末端的作用（Smogorzewska et al.，2000）。TP1是端粒酶蛋白組分中的亞單位，從構(gòu)成上來(lái)看是一種多功能蛋白（Blasco，2005）;Tankyrase是一種人類端粒相關(guān)蛋白，推測(cè)其是通過(guò)失活TRF1的途徑來(lái)調(diào)控端粒酶活性;而人類端粒保護(hù)蛋白1（Human protection of telomeres 1，hPOT1）能與端粒單鏈重復(fù)序列TTAGGG特異性結(jié)合，并與其他端粒結(jié)合蛋白及端粒酶等共同完成端粒的保護(hù)和長(zhǎng)度調(diào)節(jié)（Hockemeyer et al.，2006）。此外，Huang等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，人類的Stn1蛋白在保護(hù)端粒完整性上發(fā)揮重要作用;Mersaoui和Wellinger（2019）研究發(fā)現(xiàn)，酵母端粒長(zhǎng)度調(diào)控蛋白Cdc13特殊區(qū)域的突變會(huì)引起DNA分子破壞。因此，在端粒重編程過(guò)程中這些關(guān)鍵調(diào)控端粒的相關(guān)蛋白是否會(huì)發(fā)生變化，尚有待進(jìn)一步探究。

2. 2. 2 端粒酶調(diào)控體細(xì)胞重編程 目前，針對(duì)端粒酶的研究主要集中在衰老和癌癥方面，細(xì)胞重編程的研究也以表觀修飾和調(diào)控為主，有關(guān)端粒酶和體細(xì)胞重編程互作方面的報(bào)道很少，但近期有研究表明端粒酶活性在細(xì)胞重編程過(guò)程中發(fā)揮著極其重要的作用。Marión等（2009a）研究認(rèn)為，只有供體細(xì)胞中具有端粒酶活性才能有效誘導(dǎo)產(chǎn)生iPS細(xì)胞，此時(shí)供體細(xì)胞的端粒發(fā)生重編程，獲得的iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞（ES細(xì)胞）特征一致。此后，Blasco及其研究團(tuán)隊(duì)在2009年的《Nature》雜志上報(bào)道，當(dāng)供體細(xì)胞缺失端粒酶活性就會(huì)導(dǎo)致端粒很短或DNA發(fā)生損失，此時(shí)供體細(xì)胞會(huì)阻礙細(xì)胞重編程的發(fā)生（Marión et al.，2009b）。Huang等（2011）也研究證實(shí)，供體細(xì)胞端粒長(zhǎng)度是否被重編程決定了ESCs/iPSCs最終能否進(jìn)行多能性發(fā)育?？梢?，體細(xì)胞作為供核細(xì)胞時(shí)，其端粒與端粒酶活性在誘導(dǎo)iPS細(xì)胞重編程過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，因此確定端粒酶在體細(xì)胞核移植后核重編程過(guò)程中同樣具有極其重要的作用。Wang等（2012）研究表明，與生殖細(xì)胞相比，體細(xì)胞端粒的異質(zhì)性極可能是引起核重編程不徹底的關(guān)鍵因素，最終導(dǎo)致核移植效率低下或失敗。此外，有報(bào)道稱端粒酶在體細(xì)胞核移植中除了延長(zhǎng)端粒長(zhǎng)度外，還發(fā)揮著其他作用。當(dāng)供體細(xì)胞敲除TERT或突變TERT致使端粒酶失活后，在細(xì)胞重編程中發(fā)現(xiàn)有75個(gè)基因表達(dá)上調(diào)和1571個(gè)基因表達(dá)下調(diào)，而且這些基因大多數(shù)與轉(zhuǎn)錄和表觀修飾相關(guān)（Kinoshita et al.，2014）。最新研究還發(fā)現(xiàn)關(guān)于TERT基因DNA甲基化在細(xì)胞重編程相關(guān)基因表達(dá)中的一個(gè)新功能：在人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞與親代細(xì)胞的遠(yuǎn)端區(qū)域TERT啟動(dòng)子存在差異甲基化區(qū)域（DMR），在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞TERT基因高度甲基化后，供體細(xì)胞呈低水平甲基化，即甲基化TERT-DMR能上調(diào)IPSC的啟動(dòng)子活性，從而調(diào)控細(xì)胞重編程進(jìn)程（Takasawa et al.，2018）。

端粒酶活性在哺乳動(dòng)物生殖細(xì)胞和早期胚胎發(fā)育過(guò)程還具有時(shí)序性變化規(guī)律。早期腔前和排卵前卵母細(xì)胞的端粒酶活性較高，但成熟卵母細(xì)胞的端粒酶活性很低（Kosebent et al.，2018）。對(duì)于雄性的性源細(xì)胞來(lái)說(shuō)，精母細(xì)胞和精子細(xì)胞具有端粒酶活性，而在成熟精子中檢測(cè)不到端粒酶活性（Ravindranath et al.，1997;Pech et al.，2015）。值得注意的是，卵母細(xì)胞受精后端粒酶活性明顯升高，但其發(fā)育成正常體細(xì)胞后端粒酶活性幾乎完全消失（Kosebent et al.，2018）。受精卵在胚胎發(fā)育的不同階段其端粒酶活性也會(huì)發(fā)生時(shí)序性變化，Betts和King（1999）研究發(fā)現(xiàn)在不同物種包括人類和牛受精胚在4-細(xì)胞期端粒酶活性再次出現(xiàn)，且囊胚期活性表現(xiàn)相當(dāng)高。早期胚胎中的端粒延長(zhǎng)呈端粒酶依賴性，Schaetzlein等（2004）研究表明，在小鼠和牛的桑椹胚到胚泡過(guò)渡期發(fā)生端粒重編程，并在胚胎發(fā)生過(guò)程中建立了特定的端粒長(zhǎng)度，無(wú)論供體細(xì)胞核的端粒長(zhǎng)度如何，該過(guò)程都能恢復(fù)克隆胚中的端粒長(zhǎng)度。胚胎發(fā)育過(guò)程中端粒的延伸對(duì)于確保從親本到子代的正常端粒長(zhǎng)度分離至關(guān)重要，且可能對(duì)子代的再生、衰老和致癌等具有直接影響。Xu和Yang（2001）通過(guò)檢查來(lái)自孤雌激活和體細(xì)胞克隆牛胚胎中的端粒酶活性，并在胚胎發(fā)育不同階段獲取從受精卵到胚泡的端粒酶活性，結(jié)果顯示孤雌激活和體細(xì)胞克隆牛胚胎中的端粒酶活性與IVF胚胎具有相似的動(dòng)態(tài)特征。此外，在鼠和牛的胚胎發(fā)育期間，端粒酶在桑椹胚/胚泡轉(zhuǎn)變中被強(qiáng)烈激活，端粒明顯延長(zhǎng)。在胚胎發(fā)育的不同階段，無(wú)論胚胎獲得方法如何，檢測(cè)到的端粒酶活性均在胚泡階段達(dá)最高水平。

3 展望

細(xì)胞重編程在《Science》2008年評(píng)出的“十大科學(xué)進(jìn)展”中位列第一，日本科學(xué)家山中伸彌和英國(guó)科學(xué)家約翰·伯特蘭·格登也因研究細(xì)胞重編程取得重大突破而獲得2012年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。至此，細(xì)胞重編程成為當(dāng)今生物界許多學(xué)者熱衷研究的領(lǐng)域之一。由于細(xì)胞重編程有望從根本上解決體細(xì)胞克隆技術(shù)問(wèn)題及攻克再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題，因此是未來(lái)動(dòng)物改良育種、人類不孕不育乃至癌癥等重大疾病治療中最具應(yīng)用價(jià)值的一項(xiàng)前沿技術(shù)。目前，細(xì)胞重編程面臨的共同問(wèn)題是效率低下，而根本原因是對(duì)其作用機(jī)制尚未完全了解，例如生殖細(xì)胞的端粒酶活性不斷發(fā)生時(shí)序性變化在胚胎發(fā)育乃至細(xì)胞重編程過(guò)程中究竟發(fā)揮著怎樣的作用，是否在有序調(diào)控細(xì)胞重編程或開啟某些信號(hào)通路的變化等。因此，闡明細(xì)胞重編程機(jī)制，尤其是揭示端粒酶在胚胎發(fā)育過(guò)程中的分子調(diào)控機(jī)理及端粒酶調(diào)控細(xì)胞重編程可能開啟的信號(hào)通路，對(duì)提高細(xì)胞重編程效率，推進(jìn)克隆動(dòng)物的生產(chǎn)實(shí)踐并開啟生命再造，以及治療癌癥等人類重大疾病具有重要意義。

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（責(zé)任編輯 陳 燕）