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2月10日，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員周斌研究組和上海市胸科醫(yī)院教授何奔研究組的合作研究成果，以A Suite of New Dre-recombinase Drivers Markedly Expands the Ability to Perform Intersectional Genetic Targeting為題，在線發(fā)表在Cell Stem Cell上。該研究系統(tǒng)建立了雙同源重組酶介導(dǎo)的譜系示蹤及遺傳靶向新技術(shù)，并利用新技術(shù)發(fā)現(xiàn)成體脂肪干細(xì)胞（PDGFRa+PDGFRb+細(xì)胞）。該研究創(chuàng)建的遺傳新工具和策略適用于多種組織器官的發(fā)育、疾病和再生等研究，為深入了解器官發(fā)育，組織穩(wěn)態(tài)和再生過程中細(xì)胞起源及命運(yùn)調(diào)控機(jī)制提供了更好的遺傳工具。

闡明器官發(fā)育與組織再生中細(xì)胞起源和命運(yùn)調(diào)控機(jī)制對(duì)深入了解體內(nèi)細(xì)胞命運(yùn)可塑性具有重要意義。Cre-loxP等同源重組酶介導(dǎo)的遺傳譜系示蹤及遺傳靶向操作技術(shù)是揭示體內(nèi)細(xì)胞生物學(xué)功能的重要工具，可用于深入研究器官發(fā)育和再生過程中的分子機(jī)制，且是追蹤體內(nèi)細(xì)胞起源和命運(yùn)調(diào)控的重要手段。該技術(shù)能否精確進(jìn)行遺傳操作的關(guān)鍵在于驅(qū)動(dòng)Cre表達(dá)的基因/啟動(dòng)子是否特異，目前部分研究中使用的驅(qū)動(dòng)Cre表達(dá)的基因/啟動(dòng)子并不特異，易造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的假陽(yáng)性，以致于在細(xì)胞命運(yùn)和基因功能分析等研究中出現(xiàn)諸多爭(zhēng)議。在以往的研究中，周斌研究組開發(fā)了基于Dre-rox與Cre-loxP雙同源重組酶系統(tǒng)的遺傳譜系示蹤新技術(shù)，并利用該技術(shù)解決了心血管領(lǐng)域中有關(guān)成體心臟干細(xì)胞的重大科學(xué)爭(zhēng)議。在該研究中，科研人員構(gòu)建了多種基于Cre-loxP和Dre-rox雙同源重組酶系統(tǒng)的遺傳工具小鼠，設(shè)計(jì)了多種遺傳示蹤和靶向操作的新策略，不僅實(shí)現(xiàn)了更為精準(zhǔn)地遺傳譜系示蹤和遺傳靶向操作，還拓寬了遺傳示蹤和靶向操作技術(shù)使用范圍。利用新的遺傳工具和策略，科研人員通過對(duì)脂肪組織深入系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了成體脂肪干細(xì)胞。

近年來(lái)，全球肥胖人數(shù)日益增多，肥胖引起的一系列疾病威脅著人們的健康。脂肪細(xì)胞數(shù)量增加和體積增大是肥胖最主要的特征。肥胖主要是由于白色脂肪細(xì)胞的大量堆積，目前，在成體組織穩(wěn)態(tài)和應(yīng)激條件下，新生白色脂肪細(xì)胞的來(lái)源并不完全清楚。近十年來(lái)，大量研究表明成體白色脂肪細(xì)胞的生成是在脂肪組織的血管壁附近進(jìn)行的。血管壁從內(nèi)到外主要由三層細(xì)胞構(gòu)成：血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管壁細(xì)胞（包括周細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞）和成纖維細(xì)胞。2008年，Science報(bào)道了脂肪干細(xì)胞主要來(lái)源于血管壁上的周細(xì)胞，并利用譜系示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)PDGFRb+血管周細(xì)胞可以在正常生理?xiàng)l件下產(chǎn)生新的脂肪細(xì)胞。隨后，科學(xué)家證實(shí)了PDGFRb+的血管周細(xì)胞可以在應(yīng)激條件下轉(zhuǎn)分化為脂肪細(xì)胞。然而，2017年，有科學(xué)家利用基于Tbx18的遺傳工具對(duì)血管周細(xì)胞做了更詳盡的細(xì)胞譜系示蹤工作，其研究結(jié)果否定了血管周細(xì)胞是脂肪干細(xì)胞的結(jié)論。

周斌研究組和何奔研究組合作創(chuàng)建了多種新的Dre和Cre工具小鼠，并結(jié)合Cre-loxP和Dre-rox雙同源重組酶系統(tǒng)，對(duì)脂肪組織中PDGFRb+的細(xì)胞和PDGFRa+的細(xì)胞進(jìn)行遺傳譜系示蹤，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)既表達(dá)PDGFRa又表達(dá)PDGFRb的細(xì)胞亞群。利用雙同源重組的譜系示蹤技術(shù)，科研人員實(shí)現(xiàn)了將PDGFRa單陽(yáng)性細(xì)胞、PDGFRb單陽(yáng)性細(xì)胞和PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞在一個(gè)小鼠體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行特異性標(biāo)記。在冷刺激環(huán)境下，科研人員發(fā)現(xiàn)只有PDGFRa單陽(yáng)性細(xì)胞和PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞才會(huì)轉(zhuǎn)分化形成脂肪細(xì)胞，并揭示了PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞群具有更強(qiáng)的產(chǎn)生新脂肪細(xì)胞的能力，該研究首次發(fā)現(xiàn)了PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞是成體脂肪干細(xì)胞。進(jìn)一步對(duì)小鼠脂肪組織進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，PDGFRa單陽(yáng)性細(xì)胞亞群和PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞亞群在基因表達(dá)水平上具有顯著差異。PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞亞群會(huì)高表達(dá)Cxcl14，Steap4和Col15a1等基因，而PDGFRa單陽(yáng)性細(xì)胞亞群則高表達(dá)Pi16, Sbsn和Dpp4等基因。此外，研究還發(fā)現(xiàn)PDGFRa/PDGFRb雙陽(yáng)性細(xì)胞亞群中的上調(diào)基因與細(xì)胞外組織結(jié)構(gòu)、血管發(fā)育、對(duì)傷口的應(yīng)激以及脂肪細(xì)胞分化等信號(hào)調(diào)控等相關(guān)。

遺傳工具小鼠的局限性導(dǎo)致缺乏特異性靶向白色脂肪細(xì)胞和特異性靶向淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的遺傳工具?，F(xiàn)有的脂肪細(xì)胞Cre工具小鼠會(huì)同時(shí)靶向白色脂肪細(xì)胞和褐色脂肪細(xì)胞，而現(xiàn)有的淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞Cre的工具小鼠，例如Prox1-Cre在靶向淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的同時(shí)也會(huì)靶向心肌細(xì)胞、肝細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等其它類型細(xì)胞。周斌研究組和何奔研究組在該研究中創(chuàng)建了更精確的基因靶向策略，通過利用雙同源重組的交叉遺傳學(xué)設(shè)計(jì)了“NOT”和“AND”兩種遺傳策略，實(shí)現(xiàn)了更精準(zhǔn)的譜系示蹤和遺傳靶向操作，用于體內(nèi)基因功能的研究。利用“NOT”策略，創(chuàng)建了白色脂肪細(xì)胞的特異性靶向工具；利用“AND”策略，創(chuàng)建了淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞特異性的遺傳靶向工具。

綜上，該研究建立和推廣了雙同源重組酶介導(dǎo)的遺傳譜系示蹤和遺傳靶向操作新技術(shù)，建立了多種遺傳示蹤和靶向操作的新策略，為多種組織器官的發(fā)育、疾病、再生等研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)?？蒲腥藛T著重研究了成體脂肪組織中新生脂肪細(xì)胞的來(lái)源，通過對(duì)脂肪組織血管周圍多種不同細(xì)胞亞群同時(shí)進(jìn)行遺傳示蹤，發(fā)現(xiàn)了成體脂肪干細(xì)胞，為進(jìn)一步研究肥胖及肥胖相關(guān)的慢性疾病提供了新方向。為拓展雙同源重組遺傳譜系示蹤技術(shù)的應(yīng)用，該研究分別介紹了“NOT”（如白色脂肪特異性靶向工具）與“AND”（比如淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞特異性靶向工具）的應(yīng)用，為進(jìn)一步研究白色脂肪細(xì)胞與淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的功能調(diào)控機(jī)制研究提供了更精準(zhǔn)的遺傳靶向操作工具。

分子細(xì)胞卓越中心周斌研究組博士研究生韓溪檬、張震芊、朱歡以及副研究員何靈娟（現(xiàn)西湖大學(xué)研究員）為論文共同第一作者。周斌和上海市胸科醫(yī)院何奔為該論文共同通訊作者。研究工作得到暨南大學(xué)研究員田雪瑩，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院教授王利新，上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院教授段勝仲，上海南方模式生物研究中心教授費(fèi)儉、博士孫瑞林和王津津等的支持，并獲得分子細(xì)胞卓越中心動(dòng)物平臺(tái)和細(xì)胞平臺(tái)的支持。該研究得到中科院、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)等的資助。

分子細(xì)胞卓越中心等合作建立譜系示蹤新技術(shù)發(fā)現(xiàn)成體脂肪干細(xì)胞