Cell：北大学者利用一种化学混合物让多能性干细胞具备全能性

当科学家们谈论实验室干细胞是全能性还是多能性时，他们的意思是这些干细胞如胚胎那样有潜力产生体内的任何组织。然而，全能性干细胞（totipotent stem cell）与多能性干细胞（pluripotent stem cell, PSC）的差别在于前者能够产生支持胚胎的组织，如胎盘。这些组织被称作胚外组织（extra-embryonic tissue），在发育和健康生长中发挥着至关重要的作用。

如今，在一项新的研究中，来自中国北京大学和美国沙克研究所的研究人员发现一种化学混合物能够让体外培养的小鼠PSC和人PSC做到这一点：产生胚胎组织和胚外组织。他们的方法可能对哺乳动物发育提供新的见解，也有助更好地建立疾病模型，开发药物，甚至实现组织再生。这种新的方法有望特别适合于为影响胚胎着床和胎盘功能的早期发育过程和疾病建立模型，并且可能为改进体外受精技术铺平道路。相关研究结果发表在2017年4月6日的Cell期刊上，论文标题为“Derivation of Pluripotent Stem Cells with In Vivo Embryonic and Extraembryonic Potency”。论文通信作者为北京大学邓宏魁教授、北京大学人民医院生殖中心沈浣教授和沙克研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte教授。

在胚胎发育期间，受精卵和它的初始细胞被认为是全能性的，这是因为它们能够产生所有的胚胎细胞系和胚外细胞系。然而，在体外获得具有这种发育潜能的干细胞一直干细胞生物学领域的一个重大挑战。这项研究是世界上首次报道获得一种稳定的有潜能产生胚胎细胞系和胚外细胞系的全能性样干细胞（totipotent-like stem cell）。

一旦哺乳动物卵子受精，开始发生细胞分裂，新产生的细胞就分成两类：一类细胞产生胚胎；另一类细胞产生支持性组织，如胎盘和羊膜囊。鉴于这种分工发生得相对较早，科学家们经常不能够稳定地维持体外培养的全能性干细胞系。这种新发现的化学混合物能够让PSC稳定地产生胚胎细胞系和胚外细胞系，也正因如此，这些研究人员将它们称作为潜能扩展的多能性干细胞（extended pluripotent stem cell, EPS）。

发现EPS细胞为开发出一种建立具有哺乳动物中的扩展发育潜能的干细胞的通用方法提供一种潜在的机会。重要的是，EPS细胞可高效地嵌合到小鼠不同发育时期的胚胎组织和胚外组织中，而且它们还具有优异的异种嵌合能力，这就使得它们对利用多种宿主动物物种研究发育、进化和人类器官再生是特别有价值的。

为了开发出这种化学混合物，这些研究人员首次对支持多能性的化合物进行筛选。他们发现四种化学物（即LIF、CHIR、DiM和MiH）和一种生长因子的简单组合能够让人PSC稳定地维持在一种在发育上不那么成熟的状态，从而允许它们更加高效地在发育中的小鼠胚胎内形成嵌合体（来自两种不同物种的细胞混合物）。他们也将这些同样的物质添加给小鼠PSC，获得小鼠EPS细胞，结果令人吃惊地发现，这些小鼠EPS细胞不仅能够产生胚胎组织，而且也能够分化为胚外细胞系。再者，他们发现这些EPS细胞具有优异的形成嵌合体的能力，而且单个这样的EPS细胞能够产生一只完整的成年小鼠。对这个领域而言，这一发现是史无前例的。

人EPS细胞和小鼠EPS细胞的优异嵌合能力在培育转基因动物模型和产生替换组织等应用中是优势的。这些研究人员如今正在开展测试以便观察人EPS细胞是否更加高效地在嵌入到猪体内。猪的器官大小和生理学特征更接近于人类。2017年1月，沙克研究所的研究人员已在发表Cell期刊上的一项研究中报道，人EPS细胞与跨物种的囊胚互补（blastocyst complementation）平台相结合有巨大的潜力在猪体内再生人器官以便满足不断增加的供者器官需求（Cell, 26 January 2017, doi:10.1016/j.cell.2016.12.036）。 这些研究人员认为，获得一种稳定的全能性样干细胞系将在干细胞领域产生广泛而又响亮的影响。

原始出处：

Yang Yang, Bei Liu, Jun Xu et al. Derivation of Pluripotent Stem Cells with In Vivo Embryonic and Extraembryonic Potency. Cell, 6 April 2017, 169(2):243-257, doi:10.1016/j.cell.2017.02.005