诱导多能干细胞(iPS细胞)是体细胞经过重编程而来的一类多能干细胞。重编程可以通过核移植、过表达外源性转录因子、添加小分子等方法诱导启动。因为iPS细胞和胚胎干细胞(ES细胞)一样可以分化成任何类型的体细胞,而且克服了分离ES细胞需要破坏胚胎等伦理道德的问题,所以iPS细胞的研究在再生医学中有着巨大的潜力。虽然已经有很多文章报道了提高iPS细胞诱导效率的方法,但是如何有效的生成统一的高质量的iPS细胞仍然是一个难题。在生理解剖方面,猪比小鼠更接近人类,所以猪已经成为重要的人类疾病研究的大动物模型。因此,建立高质量的猪iPS细胞将极大地促进干细胞的研究和治疗,并且猪的iPS细胞可以通过核移植和嵌合体等方法深入验证iPS细胞的安全性和有效性。本研究的目的是建立高质量的猪iPS细胞,将猪作为动物模型为iPS细胞的临床前研究服务。实验设计主要包括四个方面：(1)建立高质量的小鼠的iPS细胞系,并优化小鼠iPS细胞的诱导方法,为猪iPS细胞的研究打下基础。(2)通过优化诱导方法,获得高质量的猪的iPS细胞系。(3)检验猪iPS细胞的多能性,包括嵌合体猪的制备。(4)研究猪的iPS细胞重编程和维持的分子机制。通过六年的博士研究,取得以下创新性结果：(1)和血清(FBS)相比,血清替代物(KSR)可以提高诱导小鼠iPS细胞的质量,利用KSR诱导建立的小鼠iPS细胞更有利于生成完全来源于iPS细胞的嵌合体后代,并有生殖系转移。MAPK/ERK通路抑制剂(PD0325901)可显著增加诱导过程中内源基因的激活.(2)我们系统的比较并优化了猪iPS细胞的诱导方法。优化方法包括：采用不同的过表达方法、不同的细胞类型、不同的多能因子组合和诱导培养条件等。我们发现采用优质的前体细胞和持续的过表达外源基因有利于能得到内源大量激活的细胞系(3)通过挑选了约2059个克隆,我们建立猪的iPS细胞系16株,并检验了这些细胞系的多能性。我们发现优质的猪的iPS细胞内源基因大量激活,可以在体外形成拟胚体并有三胚层分化,注射到免疫缺陷的小鼠中可以有效地形成有三个胚层的畸胎瘤。值得注意的是,高质量的猪的iPS细胞可以产生嵌合猪。这些结果说明我们建立的猪的iPS细胞具有一定的多能性。(4)此外,利用两个猪的多能因子和小分子组合,我们生成了具有部分多能性的猪的iPS细胞。这证明减少外源因子不利于内源基因的激活。(5)利用RNA-seq的方法比较了猪iPS细胞和前体细胞转录组上的差别,结合多能性检测,发现Rexl指示高质量的猪的iPS细胞系,同时也分析了诱导前后表观遗传学上的变化规律。发现猪的iPS细胞和前体细胞相比,基因表达活跃,多能性通路激活,但是细胞损伤和修复通路也被激活。这也解释了为什么高质量的猪的iPS细胞不能稳定维持。虽然我们利用猪的iPS细胞得到的嵌合体猪无毛色嵌合,但是至今为止的这些尝试是产生安全有效的具有真正多能性的猪的iPS细胞的第一步。当然,猪iPS细胞的重编程和猪干细胞的维持机制仍然需要深入的研究,为生成高质量的猪的iPS细胞提供理论支持。