滇金丝猴细菌人工染色体文库构建及Neurotrypsin基因的分子进化研究

本文包括两方面有关灵长类的研究工作。一是构建了一个非人灵长类（滇金丝猴）的人工染色体文库（BAC文库），为进一步研究灵长类的基因组进化奠定了一定的基础，二是对一个认知相关基因neuotrypsin在灵长类中的分子进化进行了详尽的研究，以期从分子进化角度认识该基因在灵长类高级认知功能发展中所起的作用。滇金丝猴（Rhinopithecusbieti），一个处于严重濒危状态的旧大陆猴，中国特产灵长类之一。在系统发育上它占据着旧大陆猴与小猿的中间地位，是研究灵长类进化的一个重要物种。，在本研究中，我们构建了一个滇金丝猴的细菌人工染色体文库（BAC文库）。该文库含有136320个BAC克隆，平均插入片段大小为148kb，小片段（50-100kb）所占的比例为2.74％，非重组克隆仅占2.67％。假定金丝猴与亲缘关系较近的灵长类有着相似的基因组大小，该文库至少有6倍的基因组覆盖率。对随机选取的BAC克隆进行末端测序，我们获得了201个序列标签（STS）。通过荧光原位杂交（FISH）技术，139个经末端测序的BAC克隆被精确定位到滇金丝猴的染色体上。荧光杂交实验还表明了人和金丝猴染色体产存在着高度的同线保守性。在人类基因组数据库中的Blast搜寻的结果显示染色体上的克隆数目与染色体大小呈很好的相关性，表明该文库克隆比较均匀地覆盖了滇金丝猴的基因组。该金丝猴文库及所定位的克隆将会成为非人灵长类的比较基因组研究和大规模基因组测序的一个宝贵的资源。Neurotrypsin是与个主要在脑中表达的，同神经发育和认知功能相关的胞外丝氨酸蛋白酶。它在人体中发生的突变与常染色体上隐性的非综合性精神发育迟缓（MR）紧密相关。我们通过对n个非人灵长类，包括大猿、小猿、旧大陆猴和新大陆猴neurotrypsin的编码区的测序，研究了neurotrypsin在灵长类中的分子进化。结果显示出，在灵长类进化过程中，neurotrypsin保持着由纯化性选择（负沟选择）所致的强烈的功能限制，这暗示着neurotrypsin在灵长类的认知发展中起着关键的功能性作用。进一步的分析表明，纯化性选择实际上只作用于neurotrypsin的介导其结合到其它细胞表面或胞外蛋白质的SRCR功能结构域上。另外，通过灵长类和其它哺乳动物目的比较，我们还发现，在鼠neuotrypsin中，一个人SRCR结构域（外显子2和3）的缺失是由于在鼠科动物中所发生的片段丢失事件所致。

恒河猴TRIM5α 的组织分布及TRIMCyp 限制HIV-1 病毒颗粒产生的初步研究

三重基序蛋白TRIM5α(Tripartite motif protein 5 alpha)是哺乳动物细胞中一种重要的限制因子，广泛分布于各种哺乳动物细胞中。人类TRIM5α mRNA 广泛表达于人类各个组织中，并且I 型干扰素IFN-α/β/γ 均能与TRIM5α 基因启动子的ISRE 元件结合，上调TRIM5α mRNA 的表达。恒河猴(Macaca mulatta)TRIM5α 是恒河猴体内重要的限制因子。目前对恒河猴尤其是中国恒河猴TRIM5α 的组织分布以及在受到外界刺激时TRIM5α mRNA 表达量的变化研究还未见报道。本论文通过从中国恒河猴各组织中提取总RNA，以β-actin 基因作为内参照，通过逆转录PCR 检测各组织中TRIM5α mRNA 的表达。我们选择用HIV-GFP-VSVG 感染、用佛波脂(Phorbol myfismte acetate, PMA)+离子霉素(Ionomycin, Ion)，CD28 抗体+CD49d 抗体分别共刺激恒河猴PBMC，研究不同刺激对中国恒河猴TRIM5α mRNA 表达量的影响。研究发现：TRIM5α mRNA 广泛表达于恒河猴各组织中，在免疫系统和泌尿生殖系统各组织，如腹淋巴结、睾丸和附睾中表达量最高，而在神经系统各组织如大脑、脊髓中表达量比较少，在其他各组织中未见明显的表达差异。此外HIV-GFP-VSVG 感染、PMA+ Ion 与CD28 抗体+CD49d 抗体分别共刺激PBMC 均能促进PBMC TRIM5α mRNA 表达量的上调。 TRIM5α 作为恒河猴体内的最主要的限制HIV-1 感染的限制因子，除了可能通过促进HIV-1 的脱壳和阻止整合前复合物PIC(pre-integration complex)入核，恒河猴TRIM5α 还能限制HIV-1 病毒颗粒的产生。在这个过程中B30.2 结构域是非必需的，而B-box2 和Coiled-Coil 结构域起着决定性的作用。因为鹰猴(Aotes trivirgatus)TRIMCyp(omTRIMCyp) 蛋白和北平顶猴(Macaca leouina) TRIMCyp(npmTRIMCyp）蛋白的B-box2 和Coiled-Coil 结构域与恒河猴TRIM5α 的B-box2 和Coiled-Coil 具有很高的同源性，我们希望了解鹰猴TRIMCyp 蛋白和北平顶猴TRIMCyp 蛋白对HIV-1 病毒颗粒的产生是否有限制作用。本论文主要通过将质粒pNL4.3 分别与质粒pLPCX 、pLPCX-npmTRIMCyp-HA 、 pLPCX-omTRIMCyp-HA和pLPCX-rhTRIM5α-HA共转染293T细胞，通过western blot 检测细胞内Gag 蛋白和TRIM5 蛋白的表达情况，研究omTRIMCyp 蛋白和 npmTRIMCyp 蛋白对HIV-1 病毒颗粒产生的限制作用。结果表明：北平顶猴 TRIMCyp 蛋白、鹰猴TRIMCyp 蛋白都能不同程度的促进HIV-1 病毒Gag 蛋白的降解。

TRIM5-CypA融合基因与北平顶猴易感HIV-1的机制研究

天然免疫分子TRIM5α（tripartite motif protein 5α）是近年来发现的一种重要的宿主细胞内逆转录病毒限制因子。在灵长类动物细胞中，TRIM5α蛋白可以在病毒进入细胞后、逆转录前的阶段抑制HIV-1、N-MLV和EIAV等逆转录病毒的复制。由于TRIM5α分子的作用，绝大部分旧大陆猴（Old World monkey）都不能感染HIV-1。而在新大陆猴（New World monkey）中，鹰猴是唯一不感染HIV-1的灵长类动物。研究证明，鹰猴细胞中存在的TRIM5-CypA融合蛋白（owl monkey TRIM5-CypA，omTRIMCyp）介导了抗HIV-1的作用，从而使鹰猴不能感染HIV-1。研究证明，平顶猴是旧大陆猴中唯一报道可以感染HIV-1的灵长类动物，但是其感染HIV-1的机制并不清楚。根据现行的灵长类动物分类学，原属平顶猴群体（M. nemestrina group）的三个亚种分为猕猴属的三个不同种：巽他平顶猴（Sunda pig-tailed macaque，M. nemestrina），北平顶猴（Northern pig-tailed macaque，M. leonina）和明打威猴（Mentawai macaque，M. pagensis）。本论文对中国云南境内北平顶猴TRIM5基因座和感染HIV-1的相关性进行了研究。通过PCR和测序对北平顶猴基因组TRIM5基因座进行分析，发现一个CypA假基因的cDNA通过逆转座机制插入至TRIM5基因座的3’-UTR区域，形成了一个不同于鹰猴TRIM5-CypA的新型融合基因npmTRIMCyp（northern pig-tailed macaque TRIM5-CypA）。通过RT-PCR对npmTRIMCyp融合基因的转录本进行分析，我们鉴定出npmTRIMCyp共有3种不同的选择性剪接产物，分别为npmTRIMCypV1-V3。进一步克隆和测序这3种不同选择性剪接体，通过丰度和序列分析证实：npmTRIMCypV2是优势剪接体，可能在该融合基因产物的功能中发挥作用。研究发现北平顶猴npmTRIMCyp融合基因主要转录本中外显子7和8均被剪切掉。外显子7剪接丢失机制源于TRIM5第6内含子内 3’剪接位点的G/T突变。我们克隆了npmTRIMCyp融合基因cDNA的蛋白编码区ORF，并构建了重组表达npmTRIMCyp的载体，转染HeLa和HeLa-T4细胞并获得稳定表达的细胞株。通过感染HIV-1证实，npmTRIMCyp融合蛋白不能够限制HIV-1的感染和复制，这可能是北平顶猴作为旧大陆猴中唯一对HIV-1易感的灵长类动物的重要分子机制之一。通过HIV-1感染灵长类动物PBMCs实验证实，北平顶猴可以感染HIV-1。npmTRIMCyp可以有效地限制HIV-2ROD的复制，但对SIVmac239只有十分微弱的限制活性。通过构建鹰猴omTRIMCyp和北平顶猴npmTRIMCyp的置换剪接体（SWAP-1和SWAP-2），转染融合基因及其置换剪接体的CRFK细胞激光共聚焦实验证明，npmTRIMCyp、SWAP1和SWAP2在细胞内主要存在于胞浆中。稳定表达融合蛋白和置换剪接体的CRFK细胞感染HIV-1-GFP-VSVG分析表明，含omTRIMCyp外显子7的SWAP-1和SWAP-2均具有限制HIV-1活性，但SWAP-1的活性更强一些，这表明TRIM5结构域的外显子7可能在介导对HIV-1的限制活性中发挥了协同辅助作用。免疫共沉淀研究表明，npmTRIMCyp不能识别和结合HIV-1的衣壳蛋白。对北平顶猴中介导识别逆转录病毒区域的基因组部分进行了测序，共鉴定出46个多态性位点，表明在北平顶猴识别逆转录病毒衣壳区域存在较高的多态性。

不同FGF-2表达量的饲养层对猕猴和兔胚胎干细胞的增殖和自我更新的影响

胚胎干细胞（ESC）培养是ESC研究的基础，饲养层的选择是ESC培养的一个重要方面。本实验曾对不同的猕猴饲养层进行研究，显示能够更好的支持猕猴ESC生长的饲养层FGF-2表达量也较高。FGF-2，又名bFGF（碱性成纤维生长因子），是ESC生长所需的重要因子，但其中的分子机制现在并未完全了解。本文一方面对ESC相关研究进展进行了综述，另一方面对以下内容进行了研究：用转基因和RNA干（RNAi）扰的方法建立不同FGF-2的表达量猕猴耳部皮肤细胞（MESF）系五组：过表达FGF-2（f1），过表达的阴性对照组（f2），FGF-2 RNA干扰组（f3），RNA干扰的阴性对照组（f4）以及未作任何处理的对照组（f5），这五组MESF的FGF-2表达量相对值为f1：f2：f3：f4：f5＝4：2：1：2：2；c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1在f1中表达量上升，在f3中表达量下降；BMP4，TGF-β2在f1中表达量下降，在f3中表达量上升；表明内源FGF-2能够作用于MESF的TGF-β信号通路，引起相关基因表达量的变化。用这些细胞作为饲养层分别培养两种ESC（猕猴ESC，R366. 4和兔ESC，RFESC） ，连续培养了10代，其中在f1上培养的两种ESC增殖速度都比对照组快，并且c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1，OCT-4，Nanog，Sox2表达量均上升，BMP4表达下调；在f3上培养的猕猴ESC增殖较慢，BMP4表达上调，c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1，OCT-4，Nanog，Sox2表达下调；f3上的兔ESC没有变化。表明ESC中的TGF-β信号通路也受到调节。五组猕猴和兔的ESC形成的EB均表达各胚层早期标记基因(marker)，但表达量有差异，f1上ESC形成的EB所有marker都低表达。实验结果表明饲养层中的FGF-2含量高低不仅影响自身相关基因的表达，还对ESC的增殖和维持自我更新有一定的作用。

猕猴多潜能成体肝前体细胞及猕猴ES 定向分化为胆管上皮细胞的研究

为解决供体器官的不足，以细胞移植为基础的替代疗法已成为治疗不可逆肝 脏疾病新的希望。 肝前体（干）细胞（Hepatic progenitor cellS，HPCs）和 胚胎干细胞（embryoic stem cells, ES）由于其特殊的细胞特性已成为细胞替 代治疗理想的种源细胞。 然而一方面包括人在内的灵长类动物的正常成体肝来 源的HPCs 的分离依然是很困难的；另一方面，ES 细胞来源的肝细胞和胆管细胞 的生成效率依旧很低。因此有必要建立稳定的高效的灵长类动物HPCs 细胞分离 培养体系及ES 细胞的肝细胞或胆管细胞分化体系以满足供体细胞的不足；这种 体系的建立还有利于研究肝细胞生物学如分化机制、自我更新机制等方面的重要 基础问题。 本研究以猕猴为实验模型，研究了正常成体肝来源的猕猴HPCs 分离、纯化 的条件，系统地鉴定了猕猴HPCs 的细胞特性和体内、外分化潜能，并评价了体 内移植效果。 同时以rES 为材料，建立了rES 高效分化为限定性内胚层 （definitive endoderm cells, DE）和胆管上皮细胞的分化体系。主要实验结 果包括：1）： FBS、EGF、HGF 及rat tail collagen (鼠尾胶原)是分离培养正 常成体猕猴来源的肝上皮前体细胞(rhesus monkey liver epithelial progenitor cells, mLEPCs)所必需的，mLEPCs 在此培养体系中至少可以扩增20 代或5 个月以上，并仍然保持原有的细胞特性；mLEPCs 呈现典型的上皮细胞形 态，并表达HPCs 细胞特有的表达模式即同时表达肝细胞和胆管细胞相关基因 （ALB，APOH，CX43，IB4）或蛋白（CK7，CK8，CK18）；在适宜的分化体系下， mLEPCs 可分化为功能性的肝细胞，形成具有胆管上皮细胞的胆管样结构，并能 转分化形成肌肉样细胞、肌样成纤维细胞及少突样细胞；移植入肝损伤的免疫抑 制的小鼠体内后，mLEPCs 能参与受体肝组织的再生，并能分化成ALB 阳性的肝 细胞；体内定位发现mLEPCs 与胆管区的细胞有相似的免疫原性，提示mLEPCs 可能来源于胆管区。2）：rES 在高浓度的acitvin A（100ng/ml）和低浓度的血 清(1%)单层诱导体系下可定向分化得到高比率的限定性内胚层细胞（definitive endoderm cells，DE 细胞）(约80%)； 高比率的DE 细胞的得到还与rES 细胞的接种密度相关；BMP4 和FGF1 可诱导DE 细胞高效向胆管上皮细胞分化（约90%）， 但并不能得到肝细胞；而Notch 信号通路可维持DE 细胞的存活，并决定着DE 细胞向胆管细胞分化，在Notch 信号通路失活的情形下，即使存在BMP4 和FGF1 都不能促使DE 细胞向胆管细胞分化。 本实验首次成功建立了正常猕猴成体肝HPCs 分离培养体系，证实了分离得 到的猕猴肝上皮前体细胞不但具有正常HPCs 的增殖活力和参与受体肝组织的再 生能力，而且还具有三个胚层的分化潜能，这一结果将为以HPCs 为基础的细胞 替代治疗人类肝脏疾病的实现提供了可能，并首次证明了HPCs 也可以像某些少 数成体干细胞一样具有三个胚层得分化潜能。 此外，本研究建立了rES 高效定 向分化为DE 细胞和胆管细胞的分化体系，这一方法的建立将促进灵长类动物的 DE 细胞的发育机制研究，同时也可为高比率的内胚层功能细胞（如胰岛细胞、 肝细胞、肺细胞）的获得提供丰富的种源细胞和平台。

猕猴体细胞核移植影响因素的研究：着床前胚胎表观遗传重编程和供体细胞周期同步化

体细胞核移植（somatic cell nuclear transfer）克隆技术的成功，特别 是运用终末分化的淋巴细胞和嗅觉神经元细胞成功克隆出小鼠，证实了分化的体 细胞核潜在的发育全能性。该技术已经在多个物种上成功地得到克隆后代，在转 基因动物、基因敲除动物和疾病模型动物生产中也得到成功应用，在结合干细胞 技术的治疗性克隆和再生医学方面也取得了初步成果，展现出了具有深远意义的 应用前景。但是，目前该领域仍然存在着很多急待解决的重要问题：克隆成功率 低，克隆胚和克隆动物经常呈现发育异常，妊娠和出生前后的高死亡率。对哺乳 动物早期胚胎发育过程中DNA 甲基化、组蛋白修饰等表观遗传重编程 （epigenetic reprogramming）机制的深入了解，有助于研究体细胞核在去核卵 母细胞中的表观遗传重编程事件，进而改善克隆胚重编程效率和发育能力。 猕猴是一种重要的实验动物，在人类疾病模型和生物医药研究中有重要的意 义。本研究主要围绕猕猴体细胞克隆胚胎早期发育过程中的表观遗传重编程事件 和核移植前体细胞同步化处理这两方面展开。1），首次详细地了描绘了猕猴着床 前胚胎发育过程中整体水平的DNA 甲基化表观遗传重编程事件，研究发现在受精 卵中父本基因组形成原核后迅速地发生了去甲基化，在2 细胞期后的卵裂过程 中，母本基因组才开始逐渐地去甲基化，到桑葚胚达到最低水平，然后开始重新 （de novo）甲基化,到囊胚期时形成不对称的甲基化模式，滋养外胚层（TE）呈 现高甲基化状态，而内细胞团（ICM）呈现低甲基化状态,这一不对称模式可能是 灵长类动物特有的，其他哺乳动物呈现正好相反的不对称模式。2），研究发现， 大多数猕猴克隆胚胎的DNA 甲基化重编程存在异常,效率低。很多2 细胞期克隆 胚（67%）和8 细胞期克隆胚（50%）的核DNA 甲基化水平显著高于对应的体 外受精胚，8 细胞克隆胚之间呈现多种不同的表观遗传特征。大多数克隆囊胚的 ICM 细胞核的甲基化水平显著高于IVF 囊胚，这些异常可能是导致克隆胚胎移 植到代孕母体后发育时间不长就失败的原因。3），在核移植前对猕猴成纤维细 胞同步化处理的研究中发现，血清饥饿，细胞周期阻断剂DMSO（二甲基亚砜）、 roscovitine、aphidicolin 和indirubin 的处理都有显著的同步化效果，提高了G0+G1 期细胞的比例。经过BrdU 标记法证实了这几种处理方法抑制细胞增殖的效果，并且证实了这种周期阻滞作用是可逆的。用原位末端标记法（TUNEL）分析证 实，血清饥饿1 到4 天后细胞凋亡比例显著上升，在贴壁的细胞中约有6%发生 凋亡，而正常对照只有1%左右，而周期阻断剂处理没有增加细胞凋亡率，这提 示这些周期阻断剂可能是一种相对安全且有效的猕猴成纤维细胞处理方法。核移 植前对猕猴成纤维细胞进行处理，有助于优化体细胞核移植技术，也是改善体细 胞核在克隆胚中重编程效率的重要途径。

猕猴胚胎干细胞无饲养层、无血清培养及诱导分化成O2A 胶质前体细胞的研究

灵长类胚胎干细胞（ES 细胞）不仅能为研究生殖发育生物学基础理论提供良好的 模型，而且可为细胞替代治疗提供大量的供体细胞，因此具有重要的研究价值。当前 灵长类ES 细胞研究还有很多问题需要解决，如分离建立更多的胚胎干细胞系，优化培 养体系，提高ES 细胞定向分化为特定细胞的比例，研究ES 细胞自我更新和分化的机 制等。本文一方面概括了灵长类ES 细胞的研究进展，另一方面并对制备抗体，免疫外 科手术法分离灵长类胚胎内细胞团，建立猕猴ES 细胞的无饲养层、无血清培养体系和 诱导猕猴ES 细胞分化成高纯度的O2A 神经胶质前体细胞进行了研究。主要结论如下： 1）分别以猕猴脾脏淋巴细胞和人外周血单个核细胞作为免疫原，免疫日本大耳白兔， 得到免疫血清。在补体介导的细胞毒作用下，兔抗人和兔抗猕猴免疫血清可以裂解人 和猕猴囊胚滋养层细胞，从而分离出内细胞团，用于分离培养人和猕猴胚胎干细胞。2） 猕猴ES 细胞在以层粘连蛋白（laminin）为胞外基质，含转化生长因子beta1（TGFβ1） 的无血清培养基（SFM）中可以稳定的增殖至少22 代，保持不分化，并具有分化成三 个胚层细胞的能力。进一步的研究发现去除TGFβ1 后，猕猴ES 细胞出现分化，整合 素表达降低，推测TGFβ1 可能通过促进猕猴ES 细胞整合素的表达，加强其与胞外基 质的相互作用，从而维持ES 细胞的自我更新。然而猕猴ES 细胞不能在纤粘连蛋白 （fibronectin）和明胶上生长。3）无饲养层、无血清培养体系中长期培养的猕猴ES 细 胞，分化出拟胚体，14 天的拟胚体在血清中分化培养一周后，在含碱性成纤维生长因 子bFGF、表皮生长因子EGF 和胰岛素＋转铁蛋白＋亚硒酸钠ITS 的培养基中培养， 获得97％的O2A 胶质前体细胞，得到的O2A 细胞能够稳定增殖，并且可以自发分化 为II 型星型胶质细胞和少突胶质细胞。本实验的结果有助于猕猴ES 细胞分离建系和培 养系统的优化、推动猕猴ES 细胞自我更新和诱导为神经胶质细胞机制的研究，便于建 立ES 细胞替代治疗的猕猴模型，从而为人类ES 细胞的临床疾病治疗提供参考。

猕猴胚胎干细胞培养以及定向分化成神经细胞的研究

灵长类胚胎干细胞（Es）的研究不仅对理解生殖发育生物学的基础理论、而且对实现细胞替代治疗具有重要意义。当前灵长类ES细胞还有很多问题需要解决，如ES细胞培养体系的改进、ES细胞定向分化成高纯度特定组织细胞的可能性、有效性以及分化机制等问题。本文一方面概述了灵长类ES细胞相关领域的研究进展；另一方面，以称猴胚胎干细胞（rEs）为材料，在改善rES细胞的培养体系、提高其定向分化成神经前体细胞（NPs）和少突细胞的比率进行了研究。实验采用同源称猴细胞系作为饲养层培养rES细胞，并在此基础上利用肝生长因子（HGF）和GS诱导rES细胞定向分化成高纯度的NPs和少突细胞，并评价了NPs是否具有移植功能。主要结论如下：1）四种称猴细胞系（MOF、MESF、MFG和CMESF）可作为饲养层支持rES细胞的生长，保持ES自我更新的能力和分化的多能性。而且这几种称猴饲养层支持ES细胞生长的能力存在明显的差异，进一步的研究表明这些差异主要是由于基因表达种类以及表达量上的差异而导致的。2）采用HGF和GS作为诱导因子添加到NDCM液中，诱导rES细胞分化成可移植的NPs。实验结果如下：单独的HGF或GS仅能诱导ES细胞分化成65±8.3％和69±14％NPs，而HGF和GS的联合使用NPs的比率达到88.3±8.1％，进一步纯化后获得98±1.2％的NPs。获得的NPs能在体内、外分化成三个谱系神经细胞，并能整合到大鼠脑部，发生迁移和分化。25％的NPs细胞8周后仍保持存活状态，其中65-80％的细胞发生了不同程度的迁移，而且细胞在脑部的分化种类以及数目与细胞在体内所处的微环境具有重要的关系。亚克隆实验也进一步证明采用HGF＋GS获得的部分单个NPs具有神经干细胞的特性，也能在体内、外分化成三个谱系的神经细胞，而另外的却只能分化成其中的一、两种谱系的细胞。3）利用五步法，ES细胞能分化成75±6.8％的少突祖细胞和81土8．6％的成熟少突细胞。HGF通过抑制NPs的凋亡和缩短NPs的复制周期，共同促进NPs的增殖。HGF也能诱导HGF+G5获得的NPs分化成少突祖细胞和成熟少突细胞，并且促进少突细胞成熟。而且HGF促进NPs分化成少突细胞的能力受到GS的调控，单独HGF作用将导致ES细胞分化成神经元。本实验的结果为促进rES细胞相关领域的研究，以及ES细胞在神经系统疾病临床应用上提供信息，也为研究NPs和少突细胞的发育提供典型的细胞模型。

猕猴精子冷冻保存方法的改进及活率检测

精液的冷冻保存对家畜繁殖、人类辅助生殖以及濒危物种保护有着重要意义。然而目前精子冷冻的研究很大程度上是经验性的，并且要使用含卵黄、脱脂乳等复杂成分的稀释液。这些复杂成分不仅是潜在的污染源，也使精子冷冻中的质量控制及分析特定物质的功能变得困难。即便如此也仅有约50％的精子能够存活下来，而且存活精子的受精能力也有所下降。称猴是生物医学研究中使用广泛的灵长类动物，开展赫猴精子的冷冻保存有利于该物种的繁殖并促进基础胚胎学的研究，成功的称猴精子冷冻方法还可以为其它珍稀濒危灵长类动物所借鉴。但是目前成功的称猴精子冷冻的报道仍然很少，且精子质量检测方法并不完善。因此本文致力于建立简单有效的称猴精子冷冻方法和活率检测方法。主要结果如下：1）建立了一种用单一紫外激光同时激发Hoechst33342和碘化丙锭结合流式细胞术检测称猴精子活率的有效方法，并将此方法用于称猴精子冷冻研究。2）发现甘油的一步加入或去除与分步加入或去除对称猴精子冷冻效果没有明显影响，在此基础上发现各种糖类稀释液之间的作用差异很小，但不含糖的化学成分确定的TT稀释液对精子冷冻保护作用显著高于糖类稀释液。这可能是因为TT的渗透压（138mOsm/kg）较好地适合于猫猴精子的冻存，高渗毒害作用可能是导致称猴精子用TEST冷冻存活率低的重要原因。3）以TT为基础稀释液，探讨了精子冷冻中一些关键因素，以期进一步改进冷冻方法。结果表明精液一步稀释于含5％甘油的一倍浓度TT，平衡0.5h可得到最佳效果，总体上复苏精子的运动度可达到55％以上，质膜完整性能达到6D％左右。这种方法与传统的以含有卵黄的TTE为稀释液的称猴精子冷冻方法效果相当，复苏精子还能够成功地进行体外受精。另外，用液化精液1：2直接稀释于防冻液还能进一步提高冷冻效果。本研究建立的用化学成分确定稀释液冷冻称猴精子的简单方法，有利于提高称猴精子的冻存效率，并有助于分析特定成分在精子冷冻中的作用。而Hoechst33342和碘化丙锭双染方法，是一种简单有效的精子活率检测方法，并在多参数精子功能的流式检测中有很高应用价值。

猕猴精子的冷冻保存以及影响冷冻复苏精子功能的因素

自从1949年Polge等研究者发现甘油的冷冻保护作用，开创了低温生物学的里程碑以来，精子冷冻保存已经逐渐成为治疗人类不育、家畜繁殖和生物多样性保护的重要手段。然而目前人类对多数物种的基本生殖生物学及其种质冷冻保存的低温生物学知识仍很缺乏。哺乳动物精子冷冻的研究很大程度上是经验性的，即使运用最现代的低温冷冻程序和仪器设备，也仅有约50％的精子能够存活下来。灵长类动物的精子对冷冻非常敏感，迄今为止应用称猴冷冻精子人工受精仅产生过一个后代。为了提高冷冻保存精子的功能和受精能力，本论文以称猴为动物模型，以冷冻复苏精一的运动度、精子质膜和顶体的完整率以及体外受精作为精子功能的检钡l指标，探讨影响动物精子冷冻保存的因素。通过研究1）建立了适合称猴精子冷冻保存的适宜方法以及冷冻复苏精子功能的检测方法，并首次成功地运用冷冻称猴精子体外受精；2）检测了不同甘油浓度和二甲亚飒浓度对冷冻复苏精子运动能力、精子质膜、精子顶体结构和受精能力的影响，确定了称猴精子冷冻保存的适宜甘油浓度；3）对比研究了不同类型渗透性防冻剂在精子冷冻保存中的作用以及对冷冻复苏精子功能的影响，发现对于称猴精子，除了甘油外，乙二醇也是一种优秀的渗透性防冻剂，而丙二醇和二甲亚矾对精子产生了较大的毒害作用，并不适合称猴精子的冷冻保存；4）研究了单糖、二糖和二糖在精子冷冻复苏过程中的保护作用，发现不同类型糖类的冷冻保护作用存在显著差异，单糖和二糖对精子的冷冻保护作用优于二糖，二糖在冷冻复苏过程中对于精子的顶体产生了破坏作用，不同类型的糖类配合使用可以提高对精子的冷冻保护效率。本研究的结果有利于优化灵长类动物精子冷冻保存的方法，包括调整防冻液的成分和冷冻降温程序，从而有助于提高精子冷冻保存的存活率。此外，还有利于深入研究哺乳动物精子冷冻损伤的机制和探讨防冻剂的冷冻保护机理.

猕猴胚胎干细胞的神经谱系分化及胶质祖细胞迁移机理研究

由于伦理和材料来源的限制，目前对灵长类早期神经发育缺乏深入地了解。与啮齿类动物相比，猕猴在遗传和生理上与人类更接近，因此猕猴胚胎干细胞(rESCs)研究具有重要的研究价值，不仅能为研究发育生物学基础理论提供良好的模型，而且可为细胞替代性治疗提供大量的供体细胞。本文以rESCs为主要研究对象，在rESCs定向分化为神经细胞的基础上着重研究神经谱系分化及调控胶质祖细胞迁移的机理。主要结论如下：1) rESCs来源的神经上皮干/前体细胞(NEPs)主要变为辐射状胶质细胞(RG)后再通过中间类型的祖细胞——神经元祖细胞(NPs)和胶质祖细胞(GPs)——分别分化为神经元和胶质细胞。同时，NEPs/RG细胞群具有早期神经管背-腹和前-后轴空间特性。NEPs/RG的维持受Notch和FGFR信号作用。此外，实验中还纯化和鉴定了猕猴胶质限定性前体细胞(GRPs)。结果表明，rESCs的神经谱系分化能够模拟体内发育过程，并与啮齿类动物早期神经谱系变化过程相似。2) 气体信号分子NO(由10μM—250μM SNP供体释放)促进rESCs来源的A2B5+/Nestin/PSA-NCAM胶质祖细胞迁移。进一步研究发现Netrin-DCC信号通路介导了NO启动的细胞迁移过程。同时，Ca2也参与调控胶质祖细胞的迁移。此外，细胞外基质和整合素α6亦可能与Netrin-DCC相互作用调控细胞迁移。结果显示，NO通过激活一个复杂的信号网络系统调控胶质祖细胞迁移。本实验的研究结果有助于揭示灵长类中枢神经系统发育的机理，同时也能为治疗神经系统退行性疾病提供阶段特异性的供体细胞。

猕猴胚胎干细胞无饲养层培养体系的建立

与啮齿类动物相比，猕猴（Macaca mulatta）在遗传和生理上与人类更接近， 因此猕猴胚胎干细胞具有重要的研究价值，不仅是研究发育生物学基础理论的良 好材料，而且可为细胞替代性治疗提供很好的同种异体移植模型。猕猴胚胎干细 胞常规培养于小鼠胚胎成纤维细胞（mouse embryonic fibroblast, MEF）上，这极 大地限制了对猕猴胚胎干细胞的研究和应用，因此，需要建立猕猴胚胎干细胞的 无饲养层培养体系。 本文以猕猴胚胎干细胞系IVF3.2（本实验室自主分离建系，来源于猕猴体 外受精胚胎）为研究对象，研究了在以Matrigel (growth factor reduced, BD)作为 胞外基质，以MEF 条件培养基为培养基，以trypsin 消化传代的无饲养层培养体 系中，猕猴胚胎干细胞的生长及分化能力，并比较了猕猴胚胎干细胞IVF3.2 在 无饲养层和有饲养层两种不同培养条件下的细胞周期分布及冻存复苏效率。主要 结论如下：1）经过鉴定，在本研究建立的无饲养层培养体系中，猕猴胚胎干细 胞IVF3.2 能够保持胚胎干细胞的两个基本特征，即分化的多能性和自我更新的 无限增殖能力；2）两种培养体系下的IVF3.2 的细胞周期分布没有显著差异，均 具有胚胎干细胞独特的细胞周期结构之一，即大部分细胞处于S 期（>50%的细 胞）；3）无饲养层培养的IVF3.2 冻存后能高效复苏，采用常规慢速冷冻法冻存 无饲养层培养的IVF3.2，复苏后的细胞存活率高达83%，明显高于常规培养的 IVF3.2 的冻存效率。