化学小分子在调控细胞命运层面具有其独特的优势，例如操作简便安全，且处理可逆。但在细胞多能性重编程过程中，小分子是如何沉默体细胞基因，激活内源性多能基因调控网络，最终成功实现细胞命运转变呢？为了回答这一有趣的科学问题，作者首先根据生成Sall4（早期多能性标志物）阳性克隆的数目进行了化学小分子筛选，发现类视黄醇X受体（RXRα）特异性激活剂CD3254效果是最好的。与对照组相比，CD3254处理后可以显著增加Sall4阳性克隆数目（图1）。此外，外源过表达Rxra能够将重编程效率提高至10倍，进一步说明CD3254-RXRα在细胞化学重编程中具有关键作用。

图1 筛选发现RXRα特异性激活剂CD3254可以显著促进细胞化学重编程

重编程时间延长至第二阶段，CD3254也可以显著提高Oct4-GFP阳性克隆数目。后续通过一系列实验证明CD3254处理后获得的化学诱导多能干细胞（ciPSCs）具备多能性，能够分化成三个胚层细胞和组织，将ciPSCs打到小鼠胚胎，能够获得健康的小鼠，证明了重编程的成功完成（图2）。

图2 ciPSCs的功能鉴定

作者接下来对CD3254处理和过表达Rxra的重编程样本进行了转录组测序，发现CD3254处理与过表达Rxra的上升差异基因都富集到了RNA降解途径。RNA外切体是RNA降解系统的关键复合物，由11个组分组成。CD3254处理和Rxra过表达都能够激活RNA外切体的所有11个基因（Exosc1-10和Dis3）。为了探究转录因子RXRα是否是RNA外切体的直接上游调控因子，作者通过CUT&Tag实验观察到RXRα确实直接结合在RNA外切体相关基因的启动子区域（图3）。综上所述，课题组确定CD3254-RXRα轴可以直接转录激活RNA外切体。另外，相关的功能实验证明RNA外切体在细胞重编程过程中是重要的。

图3 CD3254-RXRα轴可以直接转录激活RNA外切体

RNA降解是一种普遍的生物学过程，广泛存在于所有生物体内。当RNAs寿命结束时，或者出现缺陷时，就会被RNA降解系统迅速识别，并立即降解。目前研究表明，RNA外切体广泛参与编码RNA和多种非编码RNAs的加工和降解途径，在生长、发育及疾病过程中发挥关键作用。为了深入探究RNA外切体在细胞化学重编程的具体机制，作者将敲低RNA外切体的核心成分Exosc3的重编程样品进行链特异性RNA测序，发现mRNA，lncRNA，eRNA和paRNA的表达呈现下降趋势。意外的是，作者发现在敲低Exosc3后转座子相关的repeat RNA的整体表达水平明显累积，进一步分析发现上调的转座子RNAs多数属于MMVL30家族，说明细胞化学重编程中，RNA外切体降解转座子相关的RNAs，其中多数属于MMVL30家族。为了进一步验证该结论，作者进行了RIP-qPCR实验，发现Exosc3蛋白与MMVL30转录本有直接结合。同时，通过RNA稳定性实验发现CD3254处理后MMVL30的整体稳定性明显减弱，说明CD3254-RXRα-RNA外切体信号轴主要降解转座子相关的RNAs（图4）。在功能上，MMVL30敲低后会显著增加Sall4⁺克隆数目，说明MMVL30是化学重编程过程中一个新障碍。

图4 CD3254-RXRα-RNA外切体信号轴调控MMVL30

之前的研究表明MMVL30-int相关转录本的累积会刺激细胞核苷酸感应途径，刺激下游干扰素反应[6-8]。为了探究这一机制是否同样存在于细胞重编程过程，作者首先通过生信分析发现敲低Exosc3后，内源逆转录病毒ERVs同时以顺式和反式形式被诱导。上调的ERVs，包括MMVL30在内，以正向和反向表达，就会形成双链RNAs（dsRNAs）。作者发现在重编程中，CD3254处理会显著降低细胞内dsRNA的含量以及MMVL30区域dsRNAs的形成。此外，敲低Exosc3会导致炎症（例如IFN-γ和TNF-α信号通路）相关基因的表达上调。而CD3254处理，Rxra过表达以及MMVL30敲低后均可以显著降低这些炎症相关基因的表达水平。直接外源添加IFN-γ和TNF-α明显抑制重编程，而添加IFN-γ和TNF-α下游JAK与IKK的抑制剂能够促进重编程，说明炎症反应（包括IFN-γ和TNF-α信号通路）也是化学重编程的障碍（图5）。综上所述，CD3254-RXRα-RNA外切体信号轴在细胞化学重编程过程中通过降解转座元件相关RNAs(主要是MMVL30)，减弱MMVL30介导的炎症反应（包括IFN-γ和TNF-α信号通路），从而有效促进细胞化学重编程效率。

图5 CD3254-RXRα-RNA外切体信号轴可以降低ERV所介导的炎症反应

图6 本研究机制模式图