编者按：

 

近日，由英国Sanger研究院刘澎涛教授领导的研究小组，制备了扩展潜能干细胞（Expanded Potential Stem Cells）,它能够分化三种囊胚干细胞：胚胎干细胞、胎盘以及卵黄囊，研究者发现，EPSCs细胞要比现有的干细胞系拥有更强的分化能力，至于EPSCs细胞如何制备，这篇文章简单介绍了通过使用了PD0325901、A-419259、CHIR99021等抑制剂，阻断MAPKs、Src和Wnt/Hippo/TNKS1/2通路，从而抑制细胞分化。研究者表示，利用扩展潜能干细胞系不仅可帮助我们了解胚胎的早期发育，同时还可以用来研究人类的部分疾病。相关研究于10月12日发表在《自然》杂志上。本文为《知识分子》通过邮件访谈，邀请刘澎涛教授解疑答惑的内容。

 

撰文 | 刘澎涛（英国剑桥大学Sanger研究院干细胞和癌症基因组组长）

责编 | 叶水送

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小鼠胚胎干细胞（ESCs）被认为是“金标准”，它们能分化成成体的任何类型的细胞。但ESCs一般是从囊胚期的胚胎来的。

 

在小鼠的囊胚中有三种类型、总共一百多个细胞，而ESCs只是从其中一类细胞外胚层（epiblasts）来的，其它的另外两种细胞类型叫滋养外胚层（trophectoderm）和原始内胚层（primitive endoderm），前者产生胚盘中的滋养体细胞（trophoblasts），在体外还可培养成滋养体干细胞（trophoblast stem cells，TSCs），后者产生一些羊膜里的细胞，同时在体外也能培养出胚外内胚层干细胞（XEN cells），所以从囊胚能建立三种干细胞ESCs，TSCs和XEN cells。

 

几年前，我们有一个设想，能否从比囊胚更早期的胚胎建立干细胞系，特别是在四细胞到八细胞阶段的胚胎，这些最早期的胚胎细胞，仍然有分化成所有细胞类型的潜能。

 

如何能从四细胞到八细胞期胚胎建立干细胞系？ 我们假设最直接和简单的思路，也许是阻断这些全能性胚胎细胞的进一步分化。很多遗传学实验特别是小鼠敲除实验（mouse knockouts），发现了一些关键的分子和信号通路在这些最早期的分化中起作用，所以我们就尝试用小分子把这些通路给阻断。

 

经过测试很多小分子抑制剂的组合，我们非常幸运的发现一些简单组合可以用来从四细胞到八细胞期胚胎建立细胞系，建系效率可达100%，甚至可以从单个胚胎细胞建系。我们也同时可以培养出己有的ESCs和iPSCs，让它们变成新细胞，我们称这些新型干细胞为EPSCs。

 

我们发现这些新的干细胞果然有新的分子特性和功能：

 

1）首先它们在转录组和表观遗传学上和四细胞到八细胞胚胎相似，当然不可能完全一样，因为它们毕竟是体外培养的干细胞；

2）另外它们在嵌合体中确实能分化成胚胎、胎盘和羊膜中的细胞类型；

3）我们也能直接从EPSCs中建立三种干细胞：ESCs, TSCs 和XEN cells。

 

那么，扩展潜能干细胞系（EPSCs）的建立有什么科学意义？

 

首先它们提供了在体外研究早期胚胎发育的材料。这些胚胎只有几个细胞，做生化实验比较难，EPSCs可以在体外无限扩增，有许多对生殖生物学很有意思的实验都可以做。这篇文章是关于小鼠的EPSCs，但原理同样可能适用于人的细胞。

 

人的胚胎干细胞和iPSCs已经在科学研究中有很多的应用。对我们了解人的早期发育帮助很大，但这些细胞有明显的技术缺陷，比如说不同的细胞系有不同的分化潜能，这样就难以把分化的protocols（准则）标准化。另外不同的系培养的难易也不同，这方面有用人胚胎干细胞经验的科学家应该有很深的体会，我们预计人的EPSCs可以克服这些不足，进一步促进再生医学。

 

另外一点是，人的EPSCs会对研究胎盘生物学和一些人类疾病，比如孕高症（preeclampsia）会有直接的帮助。（编注：妊娠期高血压是女性妊娠期特有的疾病。）

 

第三点，关于从其他哺乳动物中建立EPSCs系。我们知道除了少数的几种哺乳动物，其他动物胚胎干细胞现在还没有。一个可能的原因是，在囊胚期，不同的动物已应用不太一样的信号和分子，这样试图把研究小鼠胚胎干细胞的结论直接用来在其它动物上的努力都没有成功，我们认为EPSCs的概念应该适用于很多哺乳动物，因为在最早期的胚胎细胞里，大部分信号通路的活性还没有或者没有完全，所以在这个阶段，不同的哺乳动物很有可能是类似的，那么这就会让建立EPSC系变得更容易。

 

所以，建立小鼠的EPSCs细胞系只是第一步。

 

相关文献：

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