Cell Stem Cell：发现一种新的中间胚胎干细胞类型，有望开发新的再生医学策略
来源：本站原创 2020-12-08 13:00
2020年12月8日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心、加州大学戴维斯分校、中国五邑大学、江门大健康国际创新研究院、深圳华大基因研究院和中山大学附属第一医院等研究机构的研究人员从多种物种中获得一种新的“中间（intermediate）”胚胎干细胞类型，它可以在培养皿中产生嵌合体，并产生精子和卵子的前体细胞。这一发现
2020年12月8日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心、加州大学戴维斯分校、中国五邑大学、江门大健康国际创新研究院、深圳华大基因研究院和中山大学附属第一医院等研究机构的研究人员从多种物种中获得一种新的“中间（intermediate）”胚胎干细胞类型，它可以在培养皿中产生嵌合体，并产生精子和卵子的前体细胞。这一发现可能会在基础生物学、再生医学和生殖技术方面带来一系列进展。相关研究结果于2020年12月2日在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Derivation of Intermediate Pluripotent Stem Cells Amenable to Primordial Germ Cell Specification”。
论文通讯作者、德克萨斯大学西南医学中心分子生物学助理教授Jun Wu博士解释说， 早期胚胎中的细胞具有一系列不同的多能性程序，所有这些程序让这些细胞在体内产生各种组织类型。以前的大量研究集中在开发和表征“初始（naïve）”胚胎干细胞（小鼠受精后四天的胚胎干细胞）和 “活化的（primed）”上胚层干细胞（小鼠受精后七天左右，胚胎植入子宫后不久）。
然而，Wu说，在获得和表征存在于这两个阶段之间的多能性干细胞（pluripotent stem cell, PSC）方面进展甚微，这主要是因为科学家们在过去一直未能维持PSC细胞在这一中间状态。这种状态下的PSC细胞被认为具有独特的特性：能够导致种内嵌合体（包含来自同一物种不同个体的细胞混合的生物体）或种间嵌合体（包含来自不同物种的细胞混合的生物体）产生，并且能够在体外培养中分化成原始生殖细胞，即精子和卵子的前体细胞。
在这项研究中，这些研究人员成功地构建出来自小鼠、马和人类的中间PSC，他们将其命名为“XPSC”。
Wu表示，这些结果最终可能会在基础研究和应用研究方面带来一系列进展。例如，观察来自不同物种和物种间嵌合体的XPSC中的基因活性，可能帮助人们了解哪些信号在进化中是保守的。研究嵌合体中细胞之间的通信，可能有助于科学家们确定可用于加快利用干细胞产生的用于移植的组织和器官的策略。利用源自嵌合体的原始生殖细胞制造精子和卵子，可能有助于保护濒危动物物种和推进不孕不育治疗。
Wu说，“这些XPSC具有巨大的潜力。我们的研究有助于打开每一种可能性的大门。”Wu指出，开发XPSC提出了一个特殊的挑战，这是因为让初始PSC保持稳定状态的条件与让活化PSC保持稳定的条件完全相反。初始PSC的培养条件必须激活WNT细胞信号通路，并抑制FGF和TGF-ß通路，而维持活化PSC的条件则必须抑制WNT，并激活FGF和TGF-ß。
针对产生XPSC的优选环境，Wu和他的同事们将来自小鼠早期胚胎的细胞放入含有激活这三种途径的化学物和生长因子的培养物中。这些实验室生长的细胞在体外培养时非常稳定，能够在大约两年的时间内增殖而不需要进一步发育。
进一步的实验表明，这些细胞达到了科学家们长期以来努力追求的导致嵌合体产生并直接分化为原始生殖细胞的期望。Wu和他的同事们通过将来自不同毛色小鼠的细胞注入小鼠早期胚胎，使得小鼠的种内嵌合体产生。他们还通过用荧光蛋白标记XPSC，然后在所产生的后代体内识别它们，就可以追踪它们作出的贡献。
Wu的团队将马XPSC注射到小鼠早期胚胎中，并让这些胚胎在小鼠体内发育数天，从而制造出种间嵌合体。令人惊讶的是，虽然马的妊娠期比较长--将近一年，但是这些研究人员发现，这些外来细胞对小鼠器官发育起到了促进作用，这表明小鼠细胞的信号决定了器官发育的时间表。
与来自其他物种的XPSC一样，如果培养条件允许，人XPSC可以分化成多种组织，也可以在培养皿中直接形成原始生殖细胞。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Leqian Yu et al. Derivation of Intermediate Pluripotent Stem Cells Amenable to Primordial Germ Cell Specification. Cell Stem Cell, 2020, doi:10.1016/j.stem.2020.11.003.
2.Development of new stem cell type may lead to advances in regenerative medicine
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/usmc-don120320.php
图片来自Cell Stem Cell, 2020, doi:10.1016/j.stem.2020.11.003。
论文通讯作者、德克萨斯大学西南医学中心分子生物学助理教授Jun Wu博士解释说， 早期胚胎中的细胞具有一系列不同的多能性程序，所有这些程序让这些细胞在体内产生各种组织类型。以前的大量研究集中在开发和表征“初始（naïve）”胚胎干细胞（小鼠受精后四天的胚胎干细胞）和 “活化的（primed）”上胚层干细胞（小鼠受精后七天左右，胚胎植入子宫后不久）。
然而，Wu说，在获得和表征存在于这两个阶段之间的多能性干细胞（pluripotent stem cell, PSC）方面进展甚微，这主要是因为科学家们在过去一直未能维持PSC细胞在这一中间状态。这种状态下的PSC细胞被认为具有独特的特性：能够导致种内嵌合体（包含来自同一物种不同个体的细胞混合的生物体）或种间嵌合体（包含来自不同物种的细胞混合的生物体）产生，并且能够在体外培养中分化成原始生殖细胞，即精子和卵子的前体细胞。
在这项研究中，这些研究人员成功地构建出来自小鼠、马和人类的中间PSC，他们将其命名为“XPSC”。
Wu表示，这些结果最终可能会在基础研究和应用研究方面带来一系列进展。例如，观察来自不同物种和物种间嵌合体的XPSC中的基因活性，可能帮助人们了解哪些信号在进化中是保守的。研究嵌合体中细胞之间的通信，可能有助于科学家们确定可用于加快利用干细胞产生的用于移植的组织和器官的策略。利用源自嵌合体的原始生殖细胞制造精子和卵子，可能有助于保护濒危动物物种和推进不孕不育治疗。
Wu说，“这些XPSC具有巨大的潜力。我们的研究有助于打开每一种可能性的大门。”Wu指出，开发XPSC提出了一个特殊的挑战，这是因为让初始PSC保持稳定状态的条件与让活化PSC保持稳定的条件完全相反。初始PSC的培养条件必须激活WNT细胞信号通路，并抑制FGF和TGF-ß通路，而维持活化PSC的条件则必须抑制WNT，并激活FGF和TGF-ß。
针对产生XPSC的优选环境，Wu和他的同事们将来自小鼠早期胚胎的细胞放入含有激活这三种途径的化学物和生长因子的培养物中。这些实验室生长的细胞在体外培养时非常稳定，能够在大约两年的时间内增殖而不需要进一步发育。
进一步的实验表明，这些细胞达到了科学家们长期以来努力追求的导致嵌合体产生并直接分化为原始生殖细胞的期望。Wu和他的同事们通过将来自不同毛色小鼠的细胞注入小鼠早期胚胎，使得小鼠的种内嵌合体产生。他们还通过用荧光蛋白标记XPSC，然后在所产生的后代体内识别它们，就可以追踪它们作出的贡献。
Wu的团队将马XPSC注射到小鼠早期胚胎中，并让这些胚胎在小鼠体内发育数天，从而制造出种间嵌合体。令人惊讶的是，虽然马的妊娠期比较长--将近一年，但是这些研究人员发现，这些外来细胞对小鼠器官发育起到了促进作用，这表明小鼠细胞的信号决定了器官发育的时间表。
与来自其他物种的XPSC一样，如果培养条件允许，人XPSC可以分化成多种组织，也可以在培养皿中直接形成原始生殖细胞。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Leqian Yu et al. Derivation of Intermediate Pluripotent Stem Cells Amenable to Primordial Germ Cell Specification. Cell Stem Cell, 2020, doi:10.1016/j.stem.2020.11.003.
2.Development of new stem cell type may lead to advances in regenerative medicine
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/usmc-don120320.php
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