王繼廠團隊開發新的干細胞模型，重現人類早期胚胎發育過程

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稿件來源：中山醫學院編輯：鄭龍飛、王冬梅審核：夏瑛發布日期：2022-07-06 閱讀量：

中大新聞網訊（通訊員楊明珠）卵子受精后不久，轉錄沉默的基因組重新激活，大量基因開始表達，此過程被稱為合子基因組激活（Zygotic genome activation，ZGA），其是早期胚胎發育中最重要的生物學事件之一。由于人類早期胚胎發育研究的倫理和實驗手段限制，人類ZGA的啟動機制以及異常ZGA對人類胚胎發育的影響尚不清楚。因此，建立人類卵裂期胚胎的干細胞模型以在實驗室中重現人類生命的產生和發展過程，這對于理解人類早期胚胎發育規律和出生缺陷等疾病的發生機理，具有重要意義。

近日，中山大學中山醫學院王繼廠教授團隊在Cell Reports上發表了題為“Recapitulating early human development with 8C like cells”的論文，報道了從人類植入前上胚層干細胞中分離八細胞胚胎樣細胞（8C-like cell，8CLC）及其培養的新策略，并證實8CLC可自行發育成為囊胚樣結構。這項研究不僅為解析人類早期胚胎發育規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用前景，可應用于干細胞治療、器官再生、生殖健康等。

近年來的研究表明，“原始態”人類多能干細胞在長期培養過程中，會產生基因組不穩定、基因印記異常、分化潛能低下等問題。這些問題表明目前的“原始態”人類多能干細胞與人類植入前上胚層細胞存在較大差異，因此仍需繼續優化培養條件以建立更加穩定、更高質量、更強分化潛能的新型干細胞系。為了建立與人類植入前上胚層細胞更相似的干細胞系，王繼廠教授團隊首先利用特異性標記干細胞多能態的熒光報告系統，通過小分子化合物和細胞因子篩選，建立了一種新的培養體系，由此獲得一種新型人類多能干細胞系。該干細胞系具有與人類植入前上胚層細胞高度相似的分子特征，因此被命名為人類植入前上胚層干細胞（human preimplantation epiblast-like stem cell，prEpiSC）。prEpiSC可以穩定培養超過80代，同時絕大多數細胞仍保持著正常核型，表明其具有良好的穩定培養特性。此外，prEpiSC具有直接向外、中、內三胚層分化的潛能。

令人意外的是，一些ZGA相關基因在prEpiSC中激活，并且它們的表達水平明顯高于其他類型的“原始態”人類多能干細胞。該團隊進一步研究發現，在prEpiSC中存在一小群人類八細胞胚胎樣細胞（8CLC）。研究團隊利用人類八細胞胚胎特異性轉錄因子LEUTX的轉錄調控元件，設計了一個特異性標記人類八細胞胚胎的熒光報告系統（8C::mCherry），并利用該系統對這些稀有的8CLC進行富集和分析，證實它們高表達許多ZGA相關基因。

隨后，研究團隊又對8CLC培養條件進行了優化。在此優化的培養體系中，大量的prEpiSC轉變成為8CLC，并且可在體外維持更長時間。這些由prEpiSC轉變而來的8CLC被命名為化合物誘導型8CLC（ci8CLC）。相較于prEpiSC，ci8CLC高表達大量ZGA相關基因和八細胞胚胎特異性反轉錄轉座子，同時低表達多能性基因；全基因組轉錄圖譜的分析比較顯示，ci8CLC與人類囊胚中的內細胞群明顯不同，而與人類八細胞胚胎更為相似。尤為重要的是，研究團隊證實8CLC可以自發形成典型的人類囊胚結構，并且該過程較好地再現了人類植入前胚胎發育中的細胞緊密化、極化和譜系分化等關鍵生物學事件。