CellReports王继厂团队开

卵子受精后不久，转录沉默的基因组重新激活，大量基因开始表达，此过程被称为合子基因组激活（Zygoticgenomeactivation，ZGA），其是早期胚胎发育中最重要的生物学事件之一。小鼠的主要ZGA发生在二细胞胚胎时期，而人类的主要ZGA发生在八细胞胚胎时期。近年来，研究人员对线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠等的ZGA调控机制进行了较多的探索；然而由于人类早期胚胎发育研究的伦理和实验手段限制，人类ZGA的启动机制以及异常ZGA对人类胚胎发育的影响尚不清楚。因此，建立人类卵裂期胚胎的干细胞模型以在实验室中重现人类生命的产生和发展过程，这对于理解人类早期胚胎发育规律和出生缺陷等疾病的发生机理，具有重要意义。年6月21日，中山大学中山医学院王继厂团队在CellReports上发表了题为Recapitulatingearlyhumandevelopmentwith8Clikecells的论文，报道了从人类植入前上胚层干细胞（humanpreimplantationepiblast-likestemcell，prEpiSC）中分离八细胞胚胎样细胞（8C-likecell，8CLC）及其培养的新策略，并证实8CLC可自行发育成为囊胚样结构（即类囊胚）。这项研究不仅为解析人类早期胚胎发育规律提供了新的模型和思路，而且其制备的prEpiSC和8CLC具有非常广泛的临床应用前景，可应用于干细胞治疗、器官再生、生殖健康等。王继厂团队近期在小鼠全能干细胞领域取得了重要进展，通过表观重编程，成功地将“原始态”小鼠胚胎干细胞转变为与二细胞胚胎相似的全能干细胞，并以迄今最严格的标准评估了小鼠干细胞的全能性——证实单个全能性细胞具有同时向胚内和胚外发育的潜能，可产生由单个全能性细胞发育而来的小鼠（CellStemCell

王继厂团队利用小鼠二细胞胚胎培育出一种新型全能干细胞系）。在此基础上，他们也致力于实现人类多能干细胞向全能性状态的转变。在过去几年的研究中，研究人员在制备可代表植入前上胚层细胞的“原始态”人类多能干细胞系方面取得了重要进展，先后获得了t2iLG?、PXGL、5iLA、HENSM等各种“原始态”人类多能干细胞。然而，这些干细胞类型仍然存在许多问题：（1）细胞异质性明显；（2）长期培养所面临的基因组不稳定及核型异常问题；（3）DNA去甲基化导致异常的基因印记；（4）直接分化外、中、内三胚层的潜能和效率低下等。上述问题表明，目前“原始态”人类多能干细胞系与人类植入前上胚层细胞存在较大差异，这限制了它们的应用。因此，仍需继续优化培养条件以建立更加稳定、更高质量、更强分化潜能的新型多能干细胞系，为建立类似人类早期卵裂球的全能性细胞，奠定基础。为了建立与人类植入前上胚层细胞更相似的干细胞系，王继厂团队首先利用他们先前建立的、特异性标记干细胞多能态的荧光报告系统，通过小分子化合物和细胞因子筛选，建立了一种新的培养体系，由此获得一种新型人类多能干细胞系。该干细胞系具有与人类植入前上胚层细胞高度相似的分子特征，因此被命名为人类植入前上胚层干细胞（prEpiSC）。prEpiSC可以稳定培养超过80代，同时绝大多数细胞仍保持着正常核型，表明其具有很好的稳定培养特性。另外，与5iLA、t2iLGo、PXGL等“原始态”人类多能干细胞不同，prEpiSC具有直接向外、中、内三胚层分化的潜能。出乎意料的是，许多ZGA相关基因在prEpiSC中激活，并且它们的表达水平明显高于其他类型的“原始态”人类多能干细胞。作者进一步探索发现，在prEpiSC中存在一小群人类八细胞胚胎样细胞（8CLC）。为了更好地解析8CLC的特征，作者利用人类八细胞胚胎特异性转录因子LEUTX的转录调控元件，设计了一个特异性标记人类八细胞胚胎的荧光报告系统（LEUTX-mCherry，又名8C::mCherry），并利用该系统对这些稀有的8CLC进行富集和分析。需要指出的是，其他两项近期发表的研究利用scRNA-seq分析或者TPRX1-GFP荧光报告系统（TPRX1在八细胞期和桑椹胚高表达），在5iLA、t2iLGo、4CL等“原始态”人类多能干细胞中也发现了具有某些卵裂期胚胎特征的细胞亚群，但是其细胞亚群中绝大多数为类似桑椹胚或早期囊胚的细胞，表达部分ZGA相关基因。与这两项研究的结果相反，王继厂团队并没有在5iLA、t2iLGo等“原始态”人类多能干细胞中发现典型的8CLC亚群。这些不一致的发现可能与人类八细胞胚胎特异性基因集的定义和“原始态”人类多能干细胞的培养条件有关，也表明更特异的荧光报告系统对于鉴定和富集8CLC非常关键。由于8CLC在培养皿中无法长期地高比例培养，作者利用8C::mCherry荧光报告系统，通过小分子化合物筛选，对8CLC培养条件进行了优化。在此优化的培养体系中，大量的prEpiSC转变成为8CLC，并且可在体外维持更长时间。这些由prEpiSC转变而来的8CLC被命名为化合物诱导型8CLC（ci8CLC）。相较于prEpiSC，ci8CLC高表达大量ZGA相关基因和八细胞胚胎特异性反转录转座子，同时低表达多能性基因；全基因组转录图谱的分析比较显示，ci8CLC与人类囊胚中的内细胞群明显不同，而与人类八细胞胚胎更为相似。最后，该研究团队对8CLC的发育潜能进行了评估，发现8CLC可以自发形成典型的人类囊胚结构，并且该过程较好地再现了人类植入前胚胎发育中的细胞紧密化、极化和谱系分化等关键生物学事件。与人类囊胚一样，8CLC形成的类囊胚可体外建系成为滋养层干细胞和多能干细胞。人类八细胞胚胎特异性荧光报告系统的建立和8CLC培养条件的优化综上所述，8CLC表现出人类八细胞胚胎特有的分子特征，并可以通过短暂的桑葚胚阶段自组装形成囊胚样结构，再现了人类早期胚胎发育。因此，8CLC的发现和持续培养，不仅有助于加深我们对人类干细胞多能性调控网络的理解，而且为研究人类早期胚胎发育提供了一个可靠的细胞模型。中山大学肿瘤防治中心博士后杨明珠、中山医学院博士生喻秀、梁诗琪和硕士生陈漫琪为论文共同第一作者；王继厂教授、杨明珠博士和广州市妇女儿童医疗中心孙传波博士为论文共同通讯作者。原文链接：

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