華人學者劉澎濤在《自然》發表幹細胞重要成果 | 前沿

01-27

? 英國Sanger研究院劉澎濤教授，圖片來自sanger institute

編者按：

最近，由英國Sanger研究院劉澎濤教授領導的研究小組，首次製備了擴展潛能幹細胞（Expanded Potential Stem Cells）,它能夠分化三種囊胚幹細胞：胚胎幹細胞、胎盤以及卵黃囊，EPSCs細胞要比現有的幹細胞系擁有更強的分化能力，相關研究月10月12日發表在《自然》雜誌上。研究者表示，利用擴展潛能幹細胞系不僅可幫助我們了解胚胎的早期發育，同時還可以用來研究人類的部分疾病。

撰文 | 劉澎濤（英國劍橋大學Sanger研究院幹細胞和癌症基因組組長）

責編 | 葉水送

知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual

● ● ●

小鼠胚胎幹細胞（ESCs）被認為是「金標準「，它們能分化成成體的任何類型的細胞。但ESCs一般是從囊胚期的胚胎來的。

在小鼠的囊胚中有三種類型、總共一百多個細胞，而ESCs只是從其中一類細胞外胚層（epiblasts）來的，其它的另外兩種細胞類型叫滋養外胚層（trophectoderm）和原始內胚層（primitive endoderm），前者產生胚盤中的滋養體細胞（trophoblasts），在體外還可培養成滋養體幹細胞（trophoblast stem cells，TSCs），後者產生一些羊膜里的細胞，同時在體外也能培養出胚外內胚層幹細胞（XEN cells），所以從囊胚能建立三種幹細胞ESCs，TSCs和XEN cells。

? 劉澎濤教授等人製備了一種新的幹細胞系——EPSCs，圖片截自http://nature.com

? 不同類型幹細胞的分化潛能，圖片來自Sanger Institute, Genome Research Limited

幾年前，我們有一個設想，能否從比囊胚更早期的胚胎建立幹細胞系，特別是在四細胞到八細胞階段的胚胎，這些最早期的胚胎細胞，仍然有分化成所有細胞類型的潛能。

如何能從四細胞到八細胞期胚胎建立幹細胞系? 我們假設最直接和簡單的思路，也許是阻斷這些全能性胚胎細胞的進一步分化。很多遺傳學實驗特別是小鼠敲除實驗（mouse knockouts），發現了一些關鍵的分子和信號通路在這些最早期的分化中起作用，所以我們就嘗試用小分子把這些通路給阻斷。

經過測試很多小分子抑製劑的組合，我們非常幸運的發現一些簡單組合可以用來從四細胞到八細胞期胚胎建立細胞系，建系效率可達100%，甚至可以從單個胚胎細胞建系。我們也同時可以培養出己有的ESCs和iPSCs，讓它們變成新細胞，我們稱這些新型幹細胞為EPSCs。

我們發現這些新的幹細胞果然有新的分子特性和功能：

1）首先它們在轉錄組和表觀遺傳學上和四細胞到八細胞胚胎相似，當然不可能完全一樣，因為它們畢竟是體外培養的幹細胞；
2）另外它們在嵌合體中確實能分化成胚胎、胎盤和羊膜中的細胞類型；
3）我們也能直接從EPSCs中建立三種幹細胞：ESCs, TSCs 和XEN cells。

那麼，擴展潛能幹細胞系（EPSCs）的建立有什麼科學意義？

首先它們提供了在體外研究早期胚胎髮育的材料。這些胚胎只有幾個細胞，做生化實驗比較難，EPSCs可以在體外無限擴增，有許多對生殖生物學很有意思的實驗都可以做。這篇文章是關於小鼠的EPSCs，但原理同樣可能適用於人的細胞。

人的胚胎幹細胞和iPSCs已經在科學研究中有很多的應用。對我們了解人的早期發育幫助很大，但這些細胞有明顯的技術缺陷，比如說不同的細胞系有不同的分化潛能，這樣就難以把分化的protocols（準則）標準化。另外不同的系培養的難易也不同，這方面有用人胚胎幹細胞經驗的科學家應該有很深的體會，我們預計人的EPSCs可以克服這些不足，進一步促進再生醫學。

另外一點是，人的EPSCs會對研究胎盤生物學和一些人類疾病，比如孕高症（preeclampsia）會有直接的幫助。（編注: 妊娠期高血壓是女性妊娠期特有的疾病。）

第三點，關於從其他哺乳動物中建立EPSCs系。我們知道除了少數的幾種哺乳動物，其他動物胚胎幹細胞現在還沒有。一個可能的原因是，在囊胚期，不同的動物已應用不太一樣的信號和分子，這樣試圖把研究小鼠胚胎幹細胞的結論直接用來在其它動物上的努力都沒有成功，我們認為EPSCs的概念應該適用於很多哺乳動物，因為在最早期的胚胎細胞里，大部分信號通路的活性還沒有或者沒有完全，所以在這個階段，不同的哺乳動物很有可能是類似的，那麼這就會讓建立EPSC系變得更容易。

所以，建立小鼠的EPSCs細胞系只是第一步。

相關文獻：

Yang J et al. Establishment of mouse expanded potential stem cells. Nature. 2017. doi:10.1038/nature24052.

製版編輯：常春藤｜

本頁刊發內容未經書面許可禁止轉載及使用

公眾號、報刊等轉載請聯繫授權

知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual