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通过病毒载体等方法可以将分化的体细胞诱导重编程为类似于胚胎干细胞的多能干细胞(Induced Pluripotent Stem Cells, iPSC)。这项成果是基础生物学研究和再生医学领域的一个里程碑式的发现,不仅为早期胚胎发育及重编程机理的研究提供了有效的模型,也使得疾病的体外模拟、大规模的药物筛选尤其是细胞移植依赖的疾病治疗成为可能。通过四倍体囊胚互补技术这一金标准已经验证了iPS细胞具有完全多能性,即可以分化为任何体细胞并得到完全由iPS细胞来源的小鼠(all-iPSC小鼠)。同时,iPS细胞作为一种和核移植同样经典的体细胞重编程方法,它的发育潜能,尤其是在连续重编程过程中的发育潜能非常值得关注。因此本论文的研究首先对利用可调控诱导体系(Tet-on)所建立的iPS细胞进行四倍体囊胚互补试验,即得到第一代完全由iPS细胞发育而来的all-iPSC小鼠后,取其体细胞在培养液中直接加入多西环素(Dox),进而诱导重编程后得到二代的iPS细胞系,再通过四倍体囊胚互补试验得到二代all-iPSC小鼠后,再进行iPS细胞系的诱导建立以及随后的四倍体囊胚互补试验,得到三代,四代,五代的all-iPSC小鼠。本研究首次成功的建立起了连续的六次诱导重编程体系。基于上述连续重编程体系,本试验获得了一系列的外源基因(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc)拷贝数插入位点等遗传背景完全一致的iPS细胞系,这些细胞系可以分为两类,一类为能够产生all-iPSC小鼠的具有完全多能性的高质量的4N-ON iPS细胞,一类则是无法产生all-iPSC小鼠的4N-OFF细胞。为了能够更好的将高质量的iPS细胞应用到临床上,我们就需要筛选出与其多能性尤其是完全多能性相关的标记基因,以此来快速的甄别不同的iPS细胞系的质量的优劣。而这些4N-ON iPS细胞和4N-OFF细胞则为下一步研究提供了非常好的素材,因此本试验又对这些细胞系进行了全基因组范围的基因表达水平,甲基化水平,组蛋白(H3K4me2、H3K4me3和H3K27me3)修饰以及小RNA表达的高通量测序。通过对数据的分析以及后期大样本的功能性验证后,确定了印记基因Zrsrl在iPS细胞中的甲基化程度的高低是筛选高质量iPS细胞系的重要标记。这一表观标记的发现,解决了此前iPS完全多能性无法有效预测的难题。在快速筛选出高质量的iPS细胞系后,那么用何种体细胞来诱导能够高效的得到高质量的iPS细胞系依旧是一个亟待解决的问题,为此本试验采用了连续重编程过程中简单快速的二次诱导体系,研究发现造血.来源的造血干祖细胞(Hematopoietic Stem/Progenitor Cells, HSC/HPCs)诱导为的iPS细胞中高质量的细胞比例要远远高于经常使用的胎鼠上皮成纤维细胞(Mouse Embryonic Fibroblasts, MEFs)等间充质来源诱导为的iPS细胞。同时发现,造血细胞在重编程过程中,更容易实现MET的转化过程。并与MEF相比,造血细胞中与细胞周期相关基因的表达水平较高且其更易于被高效的重编程为iPS细胞。本论文的相关研究首次建立起了iPS细胞连续六代的诱导重编程体系,基于此体系的进一步研究发现,通过Zrsrl的甲基化水平能够快速准确的筛选出高质量的iPS细胞,同时也确定了造血来源的HSC/HPC能够高效的获得高质量iPS细胞。上述研究成果对再生医学的发展以及人类的健康无疑是一次有力的支持和巨大的推动。