Nature：重大突破！我国科学家领衔在世界上首次将人类多能性干细胞转化为8细胞阶段全能性胚胎样细胞

2022年3月23日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自中国科学院和深圳华大基因研究院等研究机构的研究人员在世界上首次宣布发现了一种无转基因、快速和可控的方法，将人类多能性干细胞转化为真正的8细胞阶段全能性胚胎样细胞（8-cell totipotent embryo-like cell），这就为器官再生和合成生物学的进步铺平了道路。相关研究结果于2022年3月21日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage”。

这些作者利用华大基因研究院的先进单细胞测序技术来协助将人类多能性干细胞---早期胚胎细胞的“成体”版本---转化为一种更“年幼的”细胞版本，即8细胞阶段全能性胚胎样细胞。这些8细胞阶段全能性胚胎样细胞重现了人类合子基因组的激活，并保留所有具有发育潜力的细胞谱系。

这些8细胞阶段全能性胚胎样细胞将来可能能够用于再生医学，以使已经生病的人类器官再生，减少世界对器官捐赠的依赖。它们还可以用来产生人工囊胚或类囊胚。此外，它们将有助于研究人类胚胎发育，帮助治疗与发育有关的早期疾病，还能防止怀孕失败。

虽然这种将多能性干细胞转化为囊胚内的内细胞团样细胞（inner cell mass-like cell）的技术已经存在了一段时间，但是这项研究是科学家们首次建立了让多能性干细胞返回到与8细胞胚胎相匹配的人类发育周期中真正的早期阶段的方法，这将有助于扩大对人类早期胚胎发育的了解。最重要的是，这些作者随后能够证实经过转化后产生的8细胞阶段全能性胚胎样细胞能够在体内产生胎盘细胞---这是世界上第一次做到这一点。

论文共同通讯作者、中国科学院的Miguel A. Esteban教授、Md. Abdul Mazid博士和Li Wenjuan博士说，“这些8细胞阶段全能性胚胎样细胞仅在3次分裂后就能重现受精卵的胚胎状态。与报道的多能性干细胞相比，这些细胞不仅可以分化成胎盘组织，而且有可能发育成更成熟的器官，这就为全世界数百万需要器官移植的患者带来了好消息。”

论文共同通讯作者、深圳华大基因研究院的Liu Longqi博士说，“这一突破也是再生医学和单细胞测序技术相结合的一个完美例子。通过大规模的单细胞多组学分析，对干细胞技术在体外或体内获得的细胞或组织进行高效和精确的鉴定，将极大地加快再生医学研究。”

处于这种早期发育阶段的细胞可以被描述为“全能性”，这意味着它们有潜力产生所有类型的早期胚胎细胞，而这些早期胚胎细胞接着又能产生发育所需的组织和器官。这项新的研究建立在以前对囊胚阶段的多能性干细胞的工作基础上，处于这个囊胚阶段的细胞有可能产生范围更小的不同细胞和组织。

图片来自CC0 Public Domain。

这项新研究的突破得益于单细胞测序技术的进步。华大基因研究院的单细胞文库测序平台与它的测序技术相结合，能够以低成本进行广泛和多维度的单细胞分析，具有高灵敏度和准确性。

这些作者利用一种化学混合物处理人类多能性干细胞，以获得8细胞阶段全能性胚胎样细胞。在其他实验中，这些细胞经分选后被注射到小鼠体内进行进一步发育，然后用华大基因研究院的单细胞基因组分析法进行分析。这项创新技术有助于科学家们识别和分离出这些8细胞阶段全能性胚胎样细胞，并证实它们具有“全能性”能力，能够在体内分化为参与胎盘产生的细胞。

这些作者取得的进展最终有可能使个体化器官再生成为现实。在通常情况下，那些需要器官移植的人唯一的途径是找到匹配的器官供者。该过程并非万无一失。如果供者的血清型与受者的血清型差别太大，器官移植就会失败。一种不同的旨在通过基因编辑使用于移植的动物器官适应人类的方法也处于起步阶段。

这一成就还为早期胚胎发育的基础研究提供了一种新的体外研究系统，有助于我们了解早期胚胎发育和疾病发生之间的关系，以及研究和治疗出生缺陷和各种发育疾病。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Md. Abdul Mazid et al. Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04625-0.