Nat Chem Biol | 史艳红/何川团队揭示RNA修饰重编程新路径提升人类iPSC发育质量|rna|体细胞|何川(生物化学家)|史艳红|编程

同样是由体细胞重编程得到的干细胞，为什么有些能够支持完整小鼠的发育，有些却做不到？

这一问题触及诱导多能干细胞（iPSC）技术的核心：细胞重新表达多能性标志物之后，究竟恢复了多少发育潜能？

从小鼠研究到人类细胞

2019年，德国马克斯·普朗克分子生物医学研究所Hans R. Schöler团队与广州再生医学与健康广东省实验室吴广明团队在Cell Stem Cell发表了一项研究，他们发现，从经典的山中因子组合OCT4、SOX2、KLF4和MYC（OSKM）中去掉外源Oct4，仅使用SKM，也能将小鼠体细胞重编程为iPSC。

更值得关注的是，这些细胞在四倍体补偿实验中表现出显著提升的发育能力，能够产生存活至成年的全iPSC来源小鼠。在这一严格的多能性检验中，四倍体宿主主要贡献胚外组织，而小鼠身体几乎全部来自iPSC。

这个结果提出了一个值得重新思考的问题：帮助细胞进入多能状态的因子，其外源表达方式是否也可能影响细胞日后的发育表现？

该研究发现，外源Oct4过表达可引起偏离目标的基因激活及表观遗传异常，说明重编程采用的路径能够影响最终细胞的质量。

在人类细胞中回答这个问题，有着更直接的意义。人类iPSC是疾病建模、药物筛选和细胞治疗研究的重要起点，其保留的表观遗传异常或体细胞记忆，可能影响后续分化的准确性。

但小鼠中的成功方案不能直接照搬到人类：人的重编程过程有不同的调控要求，人类iPSC去掉外源OCT4，仅使用SKM无法得到iPSC，并且也无法采用小鼠四倍体补偿这样的发育检验。

因此，如何在人的细胞中寻找替代外源OCT4的路径，并检验所得细胞的发育质量，成为一个关键问题。

2026年10月12日，美国希望之城史艳红团队和芝加哥大学何川团队在Nature Chemical Biology发表题为“PUS7 pseudouridylation of 7SK orchestrates human somatic cell reprogramming into iPS cells”的研究。研究发现，RNA假尿苷合酶PUS7通过修饰非编码RNA 7SK，增强其与染色质重塑复合物BAF的相互作用，为多能性网络的建立提供有利的染色质环境。基于这一机制，团队建立了以PUS7替代外源OCT4的PSKM重编程组合，并在表观遗传状态、定向分化和人类早期发育模型中观察到更接近人胚胎干细胞的表现。

一处RNA修饰连接染色质重塑

这一发现始于一次出乎意料的实验观察。研究人员尝试将携带致病性PUS7突变的患者来源体细胞重编程为iPSC，发现即使提供完整的OSKM组合，这些细胞形成多能性克隆的能力仍明显受损。

追踪重编程过程后，他们看到，突变细胞能够启动早期转录变化，却难以进入随后建立多能性网络的阶段，停留在难以继续推进的中间状态。

补回正常PUS7可以恢复重编程，而失去催化活性的PUS7不能有效挽救这一缺陷。这意味着，PUS7对细胞命运的转换至关重要, 而且PUS7对细胞命运转换的作用依赖其RNA修饰活性。

接下来需要回答的是：PUS7究竟修饰了哪一种RNA，才能影响如此广泛的细胞状态变化？

通过假尿苷修饰测序，团队将关键靶点定位到非编码RNA 7SK的第250位尿苷。PUS7将这一位点转化为假尿苷（Ψ），该修饰在正常重编程过程中增加，并在PUS7缺失后明显减少。

7SK不编码蛋白质，却能参与组装调控转录与染色质的分子复合物，为RNA修饰影响细胞命运提供了一个不同于蛋白质翻译调控的入口。

研究进一步发现，带有Ψ250修饰的7SK更容易与BAF复合物结合。BAF能够调整核小体的排列，改变DNA对调控蛋白的可及性。

PUS7缺失后，7SK与BAF的相互作用减弱，BAF在染色质上的占据减少，相关调控区域变得更难接近，多能性程序的激活也随之受阻。这些结果奇妙地把RNA上的一处化学修饰与染色质重塑联系起来。

为了检验这一位点的功能，研究人员利用dCas13b与PUS7融合的RNA靶向系统，将修饰活性定向引导至7SK。恢复这一修饰能够挽救7SK与BAF的结合、染色质开放程度及患者细胞的重编程缺陷。

位点靶向实验由此为PUS7—7SK—BAF这条调控路径提供了功能证据。

PUS7替代外源OCT4

这一机制也带来了一个新的重编程思路。团队用PUS7替代经典配方中的外源OCT4，与SOX2、KLF4和MYC组成PSKM，成功获得人类iPSC。

所得细胞表达多能性标志物，并具备三胚层分化能力；失去催化活性的PUS7则不能有效完成这一替代。

进一步将PUS7定向引导至7SK，同样可以配合SKM获得iPSC，支持7SK假尿苷修饰在这一过程中的关键作用。

需要明确的是，这一策略替代了外源导入的OCT4，细胞自身的内源OCT4仍在重编程过程中被激活。

在发育过程中检验细胞质量

获得iPSC之后，研究人员继续追问这些细胞的质量。他们从相同的亲本成纤维细胞分别建立OSKM和PSKM细胞系，以减少供体背景差异，并用人类胚胎干细胞作为参照。

在重编程敏感的DLK1–DIO3印记区域，PSKM细胞的DNA甲基化和MEG3、MEG8等基因的表达更接近胚胎干细胞，也较少出现传统OSKM细胞中观察到的相关miRNA异常表达。

印记区域参与保存亲本来源相关的基因表达信息，其异常与iPSC发育能力受损有关。

这些差异也延续到分化后的细胞。在神经和造血祖细胞的定向分化比较中，PSKM来源细胞更充分地激活相应谱系的转录程序；OSKM来源细胞则出现了偏向其他谱系的转录特征。

这提示，重编程过程中留下的差异，可能在细胞接受后续分化信号时显现出来。

为进一步检验细胞能否协调完成发育过程，团队将这些细胞用于模拟人类着床后早期发育的三维模型。

PSKM来源结构在腔体形成和细胞顶端—基底极性方面更接近人类胚胎干细胞。随后，在原肠胚样过程中，其Brachyury表达的强度与空间分布，以及表达该标志物的细胞脱离上皮结构的时间，也更接近胚胎干细胞参照。

相比之下，OSKM来源结构出现了腔体较小、极性组织受损和细胞提前脱离等差异。

这些体外模型让研究人员能够从组织形成与发育动态的层面，比较人类iPSC的功能质量。

图 1｜PUS7介导7SK假尿苷修饰促进人类体细胞重编程的工作模型。PUS7在7SK第250位引入假尿苷，增强7SK与BAF复合物的相互作用，促进染色质开放并支持PSKM重编程。PSKM来源iPSC在DLK1–DIO3印记区域、谱系分化及早期发育模型中呈现更接近人胚胎干细胞的表现。图片来源：论文机制示意图。

从小鼠四倍体补偿到人类早期发育模型，两项研究围绕着同一个科学问题：重编程细胞的发育能力，如何受到重编程路径的影响？本研究在人类细胞中给出了一个新的答案。

染色质相关RNA的化学修饰能够参与建立多能性所需的调控环境，RNA修饰酶也可以成为重编程配方中的功能性因子。

这一工作为获得发育表现更可靠的人类iPSC提供了新的策略，也说明评价重编程质量需要同时关注细胞的分子状态及后续发育行为。

对于依赖iPSC的疾病模型和分化体系，细胞是否准确响应信号、按合适的时间组织成结构，直接关系到实验能否反映目标生物学过程。RNA修饰由此成为优化这一研究起点的新切入点。

Hongxia Cai与Cheng-Wei Ju为论文共同第一作者，史艳红和何川为共同通讯作者。

https://doi.org/10.1038/s41589-026-02339-2

背景文献：

Velychko, S. et al. Excluding Oct4 from Yamanaka Cocktail Unleashes the Developmental Potential of iPSCs. Cell Stem Cell 25, 737–753.e4 (2019). https://doi.org/10.1016/j.stem.2019.10.002

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（*排名不分先后）