脂肪酸代谢调节重编程的研究

The primary problem in induced pluripotetent stem cell (iPSCs) field is how to reprogram safely and efficiently. The aim of this project is to analyze the roles of cell metabolic pathway modifications in reprogramming process and determine whether the enhancement of these modifications can increase reprogramming efficiency. The research works about metabolism in iPSCs reprogramming field mainly focus on glucose, and few of them mention fatty acid. However, in the preliminary data, we found that the expression of fatty acid metabolism associated genes are significantly changed in reprogramming process. Furthermore, the metablites generated by a key enzyme (carnitine palmitoyltransferase) can promote reprogramming. It implies that fatty acid metabolism is a important component and rate-limiting factor in reprogramming process. In this project, we will analyze the mechanism underlying fatty acid metabolism in reprogramming process, find the associated genes and the small molecular metabolites which can affect reprogramming efficiency.

实现安全高效重编程是诱导性多能干细胞（iPSCs）研究的核心问题。本项目旨在分析重编程过程中细胞代谢途径的转换这一个关键步骤，并探讨能否通过主动增强代谢途径的变化来提高重编程效率。目前国际上iPSCs重编程过程中的代谢研究工作主要集中在糖代谢上，而较少涉及脂代谢。本项目在前期研究工作中发现脂肪酸代谢相关基因的表达量发生了改变，且该过程关键基因（肉毒碱棕榈酰基转移酶）的代谢产物能够促进重编程。这暗示脂肪酸代谢是代谢途径重编程的一个重要组成部分和效率决定因素。本项目将系统分析脂肪酸代谢在重编程过程中的作用，揭示其机制，并寻找能调控重编程效率的相关基因和小分子代谢产物。

在诱导性多能干细胞的研究领域，安全而有效的重编程还是一个未能解决的核心问题。而在重编程过程中，代谢途径的变化是一个关键步骤，促进其变化能够增加重编程效率。糖、脂肪酸和氨基酸是细胞最基础的代谢物。目前国际上主要研究集中在糖代谢上，而较少涉及脂肪酸代谢。深入研究脂肪酸代谢在重编程过程中的作用能够进一步解析重编程机制，且有助于寻找促进重编程高效安全进行的方案，促进iPSCs 的医疗应用。.通过比较体细胞、中间态细胞和诱导性多能干细胞的基因表达谱，我们发现脂肪酸代谢中一个重要的限速酶——Cpt1b在重编程过程中表达量显著升高。而过表达Cpt1b能够促进重编程。Cpt1b介导的脂肪酸代谢直接产物为软脂酰肉毒碱。直接在培养基中加入软脂酰肉毒碱也能够提高重编程效率。我们通过高效液相色谱-质谱联用的方法检测出加入软脂酰肉毒碱后其下游脂肪酸代谢产物在细胞中的浓度均有显著上升。其代谢最终产物乙酰肉毒碱也能够提高重编程的效率。在分子机制研究中，我们发现这些脂肪酸代谢过程中产生的小分子化合物主要是通过在重编程前期上调氧化磷酸化的水平和下调蛋白激酶C的活性对重编程进行调控。.我们研究结果证明了脂肪酸代谢能够影响重编程，并解析了其下游分子机制，填补了重编程机制研究的空白；同时发现了与脂肪酸代谢相关的多种小分子代谢物能够调节重编程，并可用于高效安全的重编程。.