预防出生缺陷是提高人口质量的重要手段。出生缺陷是新生儿先天机体或功能的异常，表现在身体、智力或对社会的影响。中国儿童人口基数庞大，随着国家生育政策的调整，预防出生缺陷显得尤为重要。多数出生缺陷的致病原因及发病机制还没有明晰，有效的治疗和干预策略更亟待研究与开发。
本专栏聚焦“出生缺陷与细胞再生”，汇集了山西医科大学、首都儿科研究所、北京工业大学等专家的5篇相关综述及五篇研究论文，旨在为该研究方向的学者提供科学知识资源和研究参考。
（1）5篇综述分别介绍了出生缺陷的研究进展，其中《New Insights into Neural Tube Closure: Folic Acid NonResponsive Neural Tube Defects》总结提出了叶酸不应答型神经管畸形的概念，并对其遗传、营养、环境及母体等风险因素，致病机制等研究进展进行综述，从一个新的研究视角为出生缺陷的防治提供新思路。《Role of Histone Modifications in the Congenital Heart Disease》综述了组蛋白驱动的表观遗传机制在先天性心脏病病因学中发挥重要作用。《Etiology of Hypospadias: a Systematic Review of Genetic Variants》关注出生缺陷疾病—尿道下裂致病基因及其风险因素，该病发病率已上升到第4位。此外，《Ⅰ型神经纤维瘤病相关信号通路及微环境组分异常》综述了Ⅰ型神经纤维瘤病相关信号通路及肿瘤微环境的研究现状，可以启发临床NF1的早期诊断、治疗、预防和药物研发。《心脏衰老与线粒体治疗》从发育终端问题衰老的角度，综述了新生细胞线粒体对心脏衰老的影响，及改善作用机制。这些文章从多角度、多层次综述出生缺陷的发生机制，并从预防、干预和药物研究等视角做了较为系统的总结。
（2）研究论文也是围绕出生缺陷和细胞再生领域。《组蛋白去甲基化酶KDM5A调控H3K4me3参与神经管畸形发生的分子机制》研究发现了叶酸缺乏时，KDM5A调控组蛋白修饰导致NTDs的发病机制，为预防NTDs提供一个重要的靶点。《低叶酸和维甲酸诱导神经管畸形小鼠模型胎脑的转录物组学分析》比较了两种常见的神经管畸形小鼠模型的胎脑转录组，发现新的神经管发育异常基因，可能有助于早期筛查和病因研究。《碳酸锂联合长春新碱促进儿童急性T淋巴细胞白血病细胞增殖抑制和凋亡》发现了碳酸锂和长春新碱通过抑制细胞增殖、促进凋亡作用治疗儿童T-淋巴细胞白血病，是临床药物研发的很好案例。《诱导多能干细胞来源的间充质干细胞的治疗潜力与应用风险》一文对诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞和骨髓源、脂肪源以及脐带源的间充质干细胞进行高通量测序数据比对，发现多能干细胞来源的间充质干细胞更适合作为细胞治疗的潜在来源，尤其在神经疾病治疗中具有巨大潜力。《人多能诱导干细胞来源功能性胰岛β细胞的体外定向分化方法的建立》建立了从hiPSC到功能性胰岛β细胞的分化策略和技术路线，为胰岛β细胞体外分化和功能重现探索了新的途径。
总体而言，本专栏的综述文章和研究成果不仅为该学科领域的学术探讨注入了新的知识进展，也为临床实践提供了新的方向参考，反映了出生缺陷研究与细胞再生治疗之间的交汇与共同发展趋势。希望通过本期专栏，让更多读者深入理解出生缺陷的现状与防治的紧迫性，更期望激发更多科研人员投身于出生缺陷与细胞再生的研究事业中，共同努力提升出生人口质量，为我国乃至全球的儿童健康发展贡献力量。

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是一种常见的、严重且复杂的先天性畸形,是遗传、营养和环境因素相互作用的结果。母体妊娠期补充叶酸(folic acid,FA)已被证明是一种非常有效的策略,常用于部分NTDs的初级预防。然而,仍有一部分NTDs病例对FA治疗具有抵抗性,称为“FA不应答型NTDs”或“FA抵抗型NTDs”。FA不应答型NTDs的病因复杂,涉及遗传、营养、环境及母体相关因素。本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关遗传、营养、环境及母体等风险因素,并揭示了其致病机制的研究进展。其中,遗传因素主要从小鼠突变体及品系、叶酸一碳代谢基因、关键凋亡基因三方面展开阐述,为该类患儿的产前诊断提供了可能的遗传检测位点。营养因素方面,本文主要聚焦目前已报道的肌醇和蛋氨酸,解释其对该种疾病潜在的干预机制,为NTDs患者早期营养干预提供新方向。此外,本文还探讨了叶酸一碳代谢中的辅助因子-维生素B12参与叶酸不应答型NTDs发生的可能机制,增加叶酸联合其他维生素治疗出生缺陷的可能性。最后,本文还综述了环境因素和母体因素在叶酸不应答型NTDs中的研究进展,为高危人群提供孕早期健康指导。总之,本文综述了叶酸不应答型NTDs的相关风险因素及其致病机制的研究进展,为当下该种疾病及同类型出生缺陷的防治提供新的见解。

先天性心脏病 (congenital heart disease,CHD) 是包括心肌壁、瓣膜和主要血管缺陷在内的心脏先天性结构异常疾病。虽然胚胎发生过程中的基因突变和异常基因表达等遗传因素会导致CHD,但这些只能解释一部分CHD的发病原因。表观遗传中的组蛋白修饰在CHD中的研究越来越多,提示其在CHD发病机制中愈发重要。随着基于质谱的蛋白质组学技术发展,一系列新型组蛋白翻译后修饰,包括琥珀酰化、糖基化、乳酸化和 β-羟基丁酰化等在疾病中发挥的作用被揭示,而这些新型修饰如何调控CHD的发生发展过程中的基因表达以及病理进程并不得知。本文将分别从经典组蛋白修饰和新型组蛋白修饰出发阐述不同的组蛋白修饰参与调控心脏发育基因的作用机制,以期揭示组蛋白驱动的表观遗传机制在CHD病因学中的重要性,也为CHD的临床治疗及时预防提供理论依据。

尿道下裂以尿道口位置异常为特征,是男性中第二常见的先天性异常疾病。其发病率逐年上升,成为我国第四大出生缺陷疾病,不仅给患者带来了生理和心理上的双重困扰,其手术修复和长期的术后管理也占用了大量的社会经济及医疗资源。尿道下裂既可以是孤立性的,也可以作为综合征的一种表现形式存在。现阶段,用于定义和评估尿道下裂的方法多种多样,为了护理和手术方法的标准化,制定统一的分类标准势在必行。在人类中,阴茎结构的正常发育经历了早期的雄激素非依赖性阶段和晚期的雄激素依赖性性分化阶段,除了遗传改变外,内分泌或外部环境的影响,都可能导致阴茎发育基本要素的损伤或缺失,进而诱发尿道下裂。因此,该病是遗传、内分泌、环境因素及其相互作用的结果,通常认为遗传因素比其他因素更为重要。本文基于不同的人群队列,主要从经典遗传的基因变异方面来阐明尿道下裂的发病原因,回顾了影响生殖结节生长和分化、性腺发育和睾丸分化、雄激素和雌激素产生等正常生物学过程的相关基因,涉及了基因多态性、单核苷酸多态性和拷贝数变异等多种遗传变异,在此基础上总结了与人类尿道下裂相关的候选基因。本文将为尿道下裂的筛查、干预及临床治疗提供理论依据,为提高出生人口质量做出贡献。

Ⅰ型神经纤维瘤病(neurofibromatosis type 1, NF1)是一种由NF1基因突变导致的常染色体显性遗传病,以多发皮肤咖啡斑和神经纤维瘤为主要特征,国际上针对NF1尚无规范治疗策略。NF1基因庞大,其编码的神经纤维蛋白(neurofibromin, NF)参与细胞增殖调控,该病发病机制复杂,为药物研发带来较大挑战。在NF1信号通路方面,丝裂原活化蛋白激酶的激酶的激酶/丝裂原活化蛋白激酶的激酶/丝裂原活化蛋白激酶通路(RAF/MEK/ERK)、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路(PI3K/AKT/mTOR)、无翅蛋白/β联蛋白通路(WNT/β-catenin)、河马蛋白/转录共激活子/ YES相关蛋白通路(HIPPO/TAZ/YAP)等均有研究,其中针对RAF/MEK/ERK通路的MEK1/2抑制剂药物已上市,即司美替尼(selumetinib),用于治疗NF1和不能手术的丛状神经纤维瘤(plexiform neurofibroma,PNF)患者。近年研究发现,NF1肿瘤微环境包括施万细胞(Schwann cells,SCs)及其前体、肥大细胞、巨噬细胞、T细胞、树突状细胞、细胞外基质和周围血管等,对NF1的发生发展发挥不可忽视的作用。现今NF1的治疗方法包括手术切除肿瘤、放射治疗和药物治疗,这些方法均有缺陷,迫切需要从NF1信号通路及肿瘤微环境等方面继续深入探索新的治疗药物。本文主要综述了NF1相关信号通路及肿瘤微环境的研究现状,重点讨论了NF1基因突变引起的信号通路改变以及肿瘤微环境的组分异常,并剖析了NF1疾病可能的发病机制,以期为临床NF1早期诊断、治疗、预防和药物研发提供新的思路。

随人口老龄化进程加速,由心脏衰老引发的各类心血管疾病已成为不可忽略的健康问题。心脏中,约 95% 的 ATP 来源于心肌线粒体,以维持心脏泵血功能。线粒体功能障碍可导致心肌能量不足,心肌细胞受损死亡或心肌衰老。因此,线粒体的功能完好对于维持心脏正常功能具有重要作用,并被认为是心脏衰老的一个关键特征。本文对心脏衰老与线粒体功能障碍进行综述,主要概述了衰老心脏的特征,衰老心肌细胞线粒体结构与功能的变化,重点阐述线粒体功能障碍导致心脏衰老的5大因素,包括线粒体形态数量的改变,线粒体DNA突变,线粒体质量控制失败,线粒体酶的改变,线粒体相关代谢产物及应激信号的变化。总结了靶向线粒体的心脏衰老治疗方式及作用机制,同时探讨了靶向年龄相关的线粒体治疗心脏衰老的现状和未来方向。

神经管畸形(NTDs)的病因与防治是出生缺陷领域研究的重点, 叶酸可以预防神经管畸形但其机制不明。本文借助低叶酸细胞模型和低叶酸NTDs小鼠模型通过染色质免疫共沉淀、Cut&Tag等技术,探讨了组蛋白去甲基化酶lysine demethylase 5A(KDM5A)及其调控的下游组蛋白H3K4me3修饰在叶酸缺乏导致的NTDs发生中的潜在分子机制。结果显示,低叶酸的细胞模型中,qRT-PCR、Western印迹结果显示,KDM5A分子表达明显下降(P<0.05)。作为组蛋白H3K4me3调控的上游关键酶,进一步通过染色质免疫共沉淀ChIP、ChIP-qPCR实验证实,叶酸缺乏下组蛋白H3K4me3在神经发育基因Axin2和Atoh1基因启动子区富集增加(P<0.05)。通过构建KDM5A基因敲除细胞模型,借助Cut&Tag试验证实,KDM5A基因敲除后H3K4me3主要富集在神经发育基因上。最后在低叶酸导致的NTDs小鼠模型的脑组织中,RT-qPCR、Western印迹以及ChIP-qPCR实验显示,E9.5 d的NTDs胎鼠脑组织中KDM5A表达下降(P<0.05),Axin2、Atoh1表达升高(P<0.05),Axin2、Atoh1基因启动子区的H3K4me3富集增多(P<0.05)。综上所述,KDM5A蛋白在叶酸缺乏导致的NTDs中发挥重要作用,其可通过调控下游H3K4me3进而调控神经发育靶基因Axin2、Atoh1异常表达,介导NTDs的发生。本研究从叶酸缺乏介导KDM5A调控组蛋白修饰来探讨NTDs的发病机制,为降低出生缺陷,促进生殖健康提供依据。

神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是一类中枢神经系统相关的重大出生缺陷型疾病。随着孕龄期妇女叶酸增补政策的推广,其发病率逐年下降致临床标本不易获取,因此,建立可靠的动物模型来研究NTDs的致病机制尤为重要。本研究分别通过低叶酸联合甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)建立的诱导NTDs小鼠模型和维甲酸(retinoic acid, RA)诱导建立的NTDs小鼠模型,对NTDs胎鼠脑组织进行转录物组测序(transcriptome sequencing,RNA-seq)并分析差异表达谱,最后,通过实时荧光定量PCR(real-time quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)进行结果验证。结果显示,低叶酸联合MTX诱导的胎鼠NTDs发生率为 21.7％;RA诱导的胎鼠出现了强烈的致畸现象,畸形率为73.2%。相比正常胎鼠,低叶酸联合MTX诱导的NTDs小鼠组筛选出1 443个差异表达基因(differentially expression genes,DEGs);RA诱导NTDs小鼠组筛选出3 070个DEGs。对DEGs进行生物信息学分析,GO富集显示,上调基因主要参与前后轴发育、区域化和模式分化过程等生物学过程;KEGG富集显示,上调基因与心肌收缩、心肌病、神经活性配体-受体相互作用等信号通路相关。对2种模型鼠的DEGs进行Veen交集分析,结果显示,共有132个DEGs在2组模型中显著上调,其中包括Hox基因家族。通过RT-qPCR进行验证,发现与RNA-seq的结果一致。本研究对2种NTDs小鼠胎脑进行RNA-seq和差异表达谱分析,发现 Hox 的异常表达可能导致了NTDs的发生,为后续发病机制的研究提供了探索与思考。

儿童急性T淋巴细胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia,T-ALL)是T系前体细胞发生恶性转化的一种侵袭性肿瘤,化疗药物的毒副作用及耐药性问题仍然是阻碍其治疗成功的难题。长春新碱(vincristine,VCR)是治疗儿童T-ALL疗效显著的传统化疗药物,但其副作用明显。碳酸锂(Li₂CO₃)可增强其它化疗药物的疗效,但其联合VCR的研究未见报道。该研究旨在探讨Li₂CO₃联合VCR对2种儿童T-ALL细胞系CCRF-CEM和Jurkat细胞增殖、凋亡及细胞周期的作用。噻唑蓝(thiazolyl blue tetrazolium bromide,MTT)比色法结果显示,与对照组比较,单用VCR或Li₂CO₃,随着其浓度的增加,2种细胞存活率均逐渐降低(P<0.05)。2种细胞在相同Li₂CO₃浓度下存活率不同(P<0.01)。Li₂CO₃联合VCR处理细胞存活率与单独VCR组处理相比,2种细胞的细胞存活率和VCR的半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC₅₀)值降低,Li₂CO₃与VCR的2药相互作用指数(coefficient of drug interaction,CDI)均小于1。流式细胞仪检测结果发现,对照组、Li₂CO₃组、VCR组和Li₂CO₃联合VCR组,2种细胞Li₂CO₃联合VCR组的G₂/M期和凋亡细胞占比最高,Li₂CO₃联合VCR组和VCR组比,均存在显著性差异(P<0.05)。总之,我们的研究结果提示,Li₂CO₃与VCR联合促进T-ALL细胞增殖抑制,使细胞周期阻滞于G₂/M期,且促进细胞凋亡,结果为儿童T-ALL临床治疗及减少VCR毒副作用提供了新的实验依据,也为其药物研发提供新的思路。

诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞(iMSC)已被提出作为原代间充质干细胞(MSC)的替代来源,在疾病治疗相关研究中也显示出多种优势。但是iMSC更适用于何种疾病类型,以及是否具有潜在的风险均未被充分阐明。本研究利用公共数据库中的高通量测序数据,将iMSC与骨髓源的MSC(BM-MSC)、脂肪源的MSC(AD-MSC)和脐带源的MSC(UC-MSC)进行对比,通过不同生物信息学方法,包括差异表达基因分析、功能富集分析、蛋白质相互作用网络分析及CMap数据库筛选,结果表明,iMSC具有独特的基因转录特征,与3种常用的MSC在基因表达上存在显著差异,特别是在神经、肌肉发育和免疫调节相关基因表达上;差异基因的功能富集分析进一步证实,iMSC在神经相关疾病治疗中表现出潜在优势,同时具有较低的免疫原性,但也存在较高的成瘤性风险;通过CMap数据库分析,识别了可能抑制iMSC成瘤性的基因靶点和小分子抑制剂,为降低iMSC应用风险提供了可能的策略。综上所述,iMSC作为细胞治疗的潜在来源,在神经疾病治疗中具有潜在优势,但其安全性需通过更多实验和临床研究来验证。

1型糖尿病是由胰岛β细胞功能受损、胰岛素分泌不足所致,目前,主要通过外源性胰岛素补充来治疗,但外源性胰岛素无法精准调控血糖,严重低血糖可危及生命。胰岛移植是一种替代疗法,但面临器官供体不足和异种来源胰岛β细胞存在人畜共患病交叉感染风险的问题。因此,获得足量且安全的胰岛β细胞是1型糖尿病细胞治疗面临的难题。本研究旨在通过人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells, hiPSCs)在体外向胰岛β细胞分化,提供一种潜在的1型糖尿病治疗新策略。为实现这一目标,我们采用了结合2D和3D培养系统的分化策略,模拟胰岛β细胞的体内发育环境,并使用多种生长因子调节在胰腺发育和β细胞分化中发挥重要作用的关键信号包括Notch信号通路(Notch signaling pathway)、Wnt信号通路(Wnt signaling pathway)、TGF-β/Smad信号通路(TGF-β/Smad signaling pathway)等,在体外将 hiPSC定向诱导分化至胰岛β细胞。结果显示,在2D、3D结合的培养条件下,分化过程中定型内胚层细胞,胰腺祖细胞,胰腺内分泌细胞及胰岛β细胞阶段的特异性基因的表达显著提高(P<0.05),并在胰岛素含量及葡萄糖刺激后表现出显著增强的胰岛素分泌能力(P<0.05)。总之,本研究成功建立了一种从hiPSC到功能性胰岛β细胞的分化策略,为1型糖尿病提供了一种新的细胞治疗途径。这种方法不仅为研究胰岛β细胞的发育生物学提供了新的工具,也为临床应用提供了一种潜在的胰岛β细胞来源,有望解决现有治疗方法的局限性。