中大新聞網(wǎng)訊（通訊員楊明珠）卵子受精后不久，轉(zhuǎn)錄沉默的基因組重新激活，大量基因開(kāi)始表達(dá)，此過(guò)程被稱(chēng)為合子基因組激活（Zygotic genome activation，ZGA），其是早期胚胎發(fā)育中最重要的生物學(xué)事件之一。由于人類(lèi)早期胚胎發(fā)育研究的倫理和實(shí)驗(yàn)手段限制，人類(lèi)ZGA的啟動(dòng)機(jī)制以及異常ZGA對(duì)人類(lèi)胚胎發(fā)育的影響尚不清楚。因此，建立人類(lèi)卵裂期胚胎的干細(xì)胞模型以在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)人類(lèi)生命的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，這對(duì)于理解人類(lèi)早期胚胎發(fā)育規(guī)律和出生缺陷等疾病的發(fā)生機(jī)理，具有重要意義。
近日，中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院王繼廠(chǎng)教授團(tuán)隊(duì)在Cell Reports上發(fā)表了題為“Recapitulating early human development with 8C like cells”的論文，報(bào)道了從人類(lèi)植入前上胚層干細(xì)胞中分離八細(xì)胞胚胎樣細(xì)胞（8C-like cell，8CLC）及其培養(yǎng)的新策略，并證實(shí)8CLC可自行發(fā)育成為囊胚樣結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)研究不僅為解析人類(lèi)早期胚胎發(fā)育規(guī)律提供了新的模型和思路，而且其制備的prEpiSC和8CLC具有非常重要的臨床應(yīng)用前景，可應(yīng)用于干細(xì)胞治療、器官再生、生殖健康等。
近年來(lái)的研究表明，“原始態(tài)”人類(lèi)多能干細(xì)胞在長(zhǎng)期培養(yǎng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生基因組不穩(wěn)定、基因印記異常、分化潛能低下等問(wèn)題。這些問(wèn)題表明目前的“原始態(tài)”人類(lèi)多能干細(xì)胞與人類(lèi)植入前上胚層細(xì)胞存在較大差異，因此仍需繼續(xù)優(yōu)化培養(yǎng)條件以建立更加穩(wěn)定、更高質(zhì)量、更強(qiáng)分化潛能的新型干細(xì)胞系。為了建立與人類(lèi)植入前上胚層細(xì)胞更相似的干細(xì)胞系，王繼廠(chǎng)教授團(tuán)隊(duì)首先利用特異性標(biāo)記干細(xì)胞多能態(tài)的熒光報(bào)告系統(tǒng)，通過(guò)小分子化合物和細(xì)胞因子篩選，建立了一種新的培養(yǎng)體系，由此獲得一種新型人類(lèi)多能干細(xì)胞系。該干細(xì)胞系具有與人類(lèi)植入前上胚層細(xì)胞高度相似的分子特征，因此被命名為人類(lèi)植入前上胚層干細(xì)胞（human preimplantation epiblast-like stem cell，prEpiSC）。prEpiSC可以穩(wěn)定培養(yǎng)超過(guò)80代，同時(shí)絕大多數(shù)細(xì)胞仍保持著正常核型，表明其具有良好的穩(wěn)定培養(yǎng)特性。此外，prEpiSC具有直接向外、中、內(nèi)三胚層分化的潛能。
令人意外的是，一些ZGA相關(guān)基因在prEpiSC中激活，并且它們的表達(dá)水平明顯高于其他類(lèi)型的“原始態(tài)”人類(lèi)多能干細(xì)胞。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在prEpiSC中存在一小群人類(lèi)八細(xì)胞胚胎樣細(xì)胞（8CLC）。研究團(tuán)隊(duì)利用人類(lèi)八細(xì)胞胚胎特異性轉(zhuǎn)錄因子LEUTX的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)特異性標(biāo)記人類(lèi)八細(xì)胞胚胎的熒光報(bào)告系統(tǒng)（8C::mCherry），并利用該系統(tǒng)對(duì)這些稀有的8CLC進(jìn)行富集和分析，證實(shí)它們高表達(dá)許多ZGA相關(guān)基因。
隨后，研究團(tuán)隊(duì)又對(duì)8CLC培養(yǎng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。在此優(yōu)化的培養(yǎng)體系中，大量的prEpiSC轉(zhuǎn)變成為8CLC，并且可在體外維持更長(zhǎng)時(shí)間。這些由prEpiSC轉(zhuǎn)變而來(lái)的8CLC被命名為化合物誘導(dǎo)型8CLC（ci8CLC）。相較于prEpiSC，ci8CLC高表達(dá)大量ZGA相關(guān)基因和八細(xì)胞胚胎特異性反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，同時(shí)低表達(dá)多能性基因；全基因組轉(zhuǎn)錄圖譜的分析比較顯示，ci8CLC與人類(lèi)囊胚中的內(nèi)細(xì)胞群明顯不同，而與人類(lèi)八細(xì)胞胚胎更為相似。尤為重要的是，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)8CLC可以自發(fā)形成典型的人類(lèi)囊胚結(jié)構(gòu)，并且該過(guò)程較好地再現(xiàn)了人類(lèi)植入前胚胎發(fā)育中的細(xì)胞緊密化、極化和譜系分化等關(guān)鍵生物學(xué)事件。
人類(lèi)八細(xì)胞胚胎特異性熒光報(bào)告系統(tǒng)的建立和8CLC培養(yǎng)條件的優(yōu)化
8CLC的發(fā)現(xiàn)和維持培養(yǎng)，不僅有助于加深我們對(duì)人類(lèi)干細(xì)胞多能性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解，而且為研究人類(lèi)早期胚胎發(fā)育提供了一個(gè)非?？煽康募?xì)胞模型。
中山大學(xué)腫瘤防治中心博士后楊明珠、中山醫(yī)學(xué)院博士生喻秀、梁詩(shī)琪和碩士生陳漫琪為論文共同第一作者；王繼廠(chǎng)教授、楊明珠博士和廣州市婦女兒童醫(yī)療中心孫傳波博士為論文共同通訊作者。
本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、廣東省“珠江計(jì)劃”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和中山大學(xué)高校基本科研費(fèi)等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00780-X
