ES细胞 胚胎干细胞研究最新进展

胚胎干细胞是一种具有持久或终身再生能力的细胞，几乎可以发育成各种人体组织或器官，因此在医学上具有非常重要的研究价值和应用前景。人胚胎干细胞是人胚胎发育早期——胚泡的未分化细胞。胚泡含有约140个细胞，外表面是一层扁平细胞，称为滋养层，可发育成胚胎的支持组织，如胎盘。中央腔称为胚泡腔，腔一侧的细胞群称为内细胞群。这些未分化的细胞可以进一步分裂、分化、发育成个体。当内、中、外胚层形成时，内细胞群开始分化。每个胚层都会分化成人体的各种组织器官，比如外胚层会分化成皮肤、眼睛和神经系统，中胚层会形成骨骼、血液和肌肉，内胚层会分化成肝、肺和肠。因为内部细胞群可以发育成完整的个体，所以这些细胞被认为是全能的。当内部细胞群在培养皿中培养时，我们称之为胚胎干细胞。

人类胚胎干细胞一般有四种来源:具有选择性流产的人类胚胎组织；不孕夫妇不需要的体外受精产生的人类胚胎；捐赠者为研究所捐献的配子是体外受精产生的人类胚胎；通过体细胞核移植技术将人类细胞移植到人类或动物卵泡中，产生人类胚胎或嵌合胚胎。

胚胎干细胞在治疗心肌梗死、心肌坏死、帕金森病、阿尔茨海默病、脊髓损伤、白血病、糖尿病等顽固性疾病方面具有广阔的前景。在此基础上，边肖对近年来胚胎干细胞研究的进展进行了盘点，以飨读者。

1.科学:美国学者揭示，胚胎干细胞具有类似受精卵的发育潜能

doi:10.1126/science.aag1927

2017年1月12日，加州大学伯克利分校的何林教授的一篇研究论文在国际顶级学术期刊《科学》上在线发表。研究报告称，移除一个名为miR-34a的微小核糖核酸成功地使小鼠胚胎干细胞表现出类似受精卵的发育特征，并能成功分化为胚胎组织和胚胎外组织。何林教授说，这种新的干细胞类型将有助于科学家在分子水平上研究早期胚胎的第一次发育，然后可以用干细胞培养更多的组织。该研究对再生医学和干细胞治疗具有重要意义。

微小核糖核酸是一种不能转录成蛋白质的非编码核糖核酸，被认为对基因表达调控非常重要。何林的团队发现miR-34a就像一个“刹车”装置，可以阻止多能干细胞发育成胚胎外组织。去掉后，约20%的胚胎干细胞也能发育成胎盘和卵黄囊，这种全能性可以持续一个月。

他们还意外地发现miR-34a与一种特殊的逆转录因子有关。逆转录因子被认为是“垃圾DNA”，是从祖先插入基因组的外来DNA片段。几十年来，科学家们一直认为这些“垃圾DNA”不会影响正常发育，但这项研究发现，它们与早期胚胎的发育选择密切相关。

2.自然细胞生物学:胚胎干细胞保持“全能”的秘密

doi:10.1038/NCB 3572；doi:10.1038/ncb3554

最近，瑞士科学家在最新一期《自然细胞生物学》上发表了一篇论文，称他们发现了胚胎干细胞保持“万能”的秘密:一种叫做“Pramel7”的蛋白质可以阻止其中遗传物质的甲基化，使其可以发育成任何类型的细胞。

在最新的研究中，由苏黎世大学的拉斐尔·桑托罗和苏黎世大学医院的保罗·西内里领导的研究小组发现，在发育的最初几天，一种名为“Pramel7”的蛋白质非常活跃，可以防止遗传物质因甲基化而“关闭”，并保持基因组开放。然而，在培养的胚胎干细胞中几乎没有发现这种蛋白质。

研究小组通过实验发现，当与“Pramel7”蛋白相关的基因表达关闭时，基因组的甲基化水平会急剧上升，干细胞会停止发育，导致胚胎死亡。这意味着虽然这种蛋白质只在胚胎发育的最初几天起作用，但对维持正常发育非常重要。

3.自然遭受重创:中国首次胚胎干细胞测试首次亮相

doi:10.1038/546015a

未来几个月，中国郑州大学第一附属医院的研究团队将向帕金森病患者的大脑中注射400万个未成熟人类胚胎干细胞神经元，这将标志着中国首次利用人类胚胎干细胞进行临床试验的开始，也将是世界上首次利用受精胚胎的ES细胞治疗帕金森病的临床试验。在同时开始的第二次试验中，郑州的其他团队将使用胚胎干细胞靶向治疗年龄相关性黄斑变性引起的视力丧失。在今天发布的新闻中，《自然》杂志详细报道了这项临床试验，题为“在中国开展胚胎干细胞试验”。

这也将是2015年中国批准的第一个符合胚胎干细胞临床试验政策的临床试验。中国以前没有明确的规定，许多公司以此为借口推广未经证实的干细胞疗法。但政策规定，开展干细胞临床工作的医院必须使用政府认证的es细胞系，并通过医院的检查程序，以避免干细胞在临床中出现伦理和安全问题。

这两项研究将在河南省郑州大学第一附属医院进行。在实验中，外科医生将把来源于胚胎干细胞的神经元前体细胞注射到帕金森病患者的大脑中。在郑州的其他实验中，外科医生将接受来自胚胎干细胞的视网膜细胞，并将其移植到年龄相关性黄斑变性患者的眼睛中。这些实验将遵循与美国和韩国研究人员之前进行的胚胎干细胞实验相似的程序。

4.科学家揭示内质网钙通道的三磷酸肌醇受体参与胚胎干细胞

doi:10.1093/jmcb/mjx014

4月13日，国际学术期刊《分子细胞生物学杂志》发表了中国科学院上海生命科学研究所研究组杨黄天的题为《IP3R介导的Ca2+信号调控造血和心脏潜水》的文章，该文章是关于flk 1+细胞通过钙调神经磷酸酶-nfatc3-etv2途径靶向的最新研究成果。这项研究揭示了IP3Rs家族在调节胚胎干细胞向造血和心肌谱系分化中的重要作用和机制。

细胞分化的命运取决于各种信号分子和转录因子的精确和严格调节。钙离子是细胞中重要的第二信使，参与细胞增殖、凋亡和分化等许多重要的生理过程，但对其在哺乳动物细胞中的确切调节作用和调节途径知之甚少。ESCs具有自我更新和多能分化的特点，其向特定细胞的分化在体内再现了早期胚胎发育的时间空特征和调控模式，因此分析基因敲除引起的致死基因在早期胚胎发育中的作用是一个独特的系统。对胚胎干细胞分化机制的研究有助于理解胚胎发育的调控机制。三磷酸肌醇受体是内质网重要的Ca2+释放通道。小鼠ESCs有三种IP3Rs亚型，亚型之间的功能既有特异性又有补偿性。此前，杨黄田的研究小组发现，IP3R3介导的Ca2+释放通过调节ESCs心脏前体细胞的凋亡，影响ESC向心脏谱系的分化。然而，IP3Rs家族在胚胎干细胞特定谱系决定中的精细调节作用和机制尚未阐明。造血和心肌谱系来源于中胚层来源的心脏/造血祖细胞的分化。然而，尚不清楚哪个信号控制Flk1+细胞选择造血或心肌谱系进行分化。

在杨黄田研究员的指导下，王艺洁和黄继平发现ESCs的自我更新和三胚层形成并不依赖于ip3r，而造血中胚层的出现依赖于ip3r介导的钙信号。钙信号的缺乏抑制中胚层向造血谱系的分化，但促进其向心肌谱系的分化。机制方面，IP3Rs释放的Ca2+而不是胞外Ca2+内流激活钙调神经磷酸酶，进而使NFATc3与调节造血的转录因子Etv2启动子结合，促进其表达，从而诱导造血细胞分化，阻止心肌细胞分化。该研究发现并揭示了IP3Rs在ESCs对造血和心肌这两个胚层祖先相同的谱系的命运决定中的重要作用，进一步证实了Ca2+信号在细胞命运调节中的重要性和准确性。

5.中国科学院阐明了人类胚胎干细胞诱导转化为肝细胞的机制

doi:10.1038/ncomms15166

记者从中国科学院获悉，广州生物医学与健康研究所裴端青、舒晓东关于调控人类胚胎干细胞向肝细胞分化机制的研究，今天下午在国际顶级学术期刊《自然-通讯》上在线发表。

这一成果为多能干细胞分化提供了细胞生物学机制，为干细胞在再生医学中的应用打开了新的窗口，为之前被认为是不同机制系统的细胞单位重编程和干细胞分化迈出了一大步，细胞命运的统一调控也将为干细胞研究建立理论体系。

成熟肝细胞是典型的上皮细胞，可以通过体外定向分化属于同一上皮细胞的人胚胎干细胞获得。在上述研究中，研究人员发现，这两种上皮细胞之间的命运转换需要经历一个间质状态的中间阶段。EMT过程发生在胚胎干细胞向最终内胚层分化的过程中，然后肝脏系统的进一步分化成熟伴随着MET过程。

随后，研究者初步阐明了调控上述细胞命运转化的分子机制:激活素A诱导人胚胎干细胞分泌EMT，激活EMT转录因子，从而激活胚胎干细胞的肝脏分化过程。

6.性质:重！一些人类胚胎干细胞系有癌症相关突变

doi:10.1038/nature22312

根据一项新的研究，在用于基础研究或临床开发的140个人类胚胎干细胞系中，有5个人类胚胎干细胞系在肿瘤抑制基因TP53上获得了突变。两种人类胚胎干细胞系，H1和H9，已经用于人体，但没有证据表明它们会导致受体癌症。相关研究结果于2017年4月26日在线发表在《自然》杂志上，标题为“人类多能干细胞重复获得并扩增显性p53阴性突变”。

该论文的合著者、美国哈佛大学研究员凯文·埃根在一份新闻稿中表示:“我们的发现表明，在干细胞的生产及其在下游治疗开发中的应用过程中，应该进一步进行一系列质量控制检查。幸运的是，这些基因测试可以使用精确、敏感和廉价的测序方法轻松进行。”

Eggan团队在基因TP53上发现的6个突变影响P53蛋白的DNA结合区。这种结合区域在人类癌症中经常被破坏。

7.干细胞记者:科学家成功地将胚胎干细胞转化为甲状腺细胞

doi:10.1016/j . stem Cr . 2016 . 12 . 024

最近，在国际期刊《干细胞报告》上发表的一份研究报告中，波士顿大学医学院的研究人员利用转基因胚胎干细胞成功再生了甲状腺细胞。与此同时，研究人员也首次使用基于人类干细胞的类似步骤来更好地模拟甲状腺疾病，更好地了解甲状腺疾病的原因，但没有开发新的疗法来提供一些思路。

研究人员改造了实验室培养的小鼠胚胎干细胞，以表达一种特殊的基因:Nks 2-1，这种基因对甲状腺发育非常重要。然后，当研究人员短暂打开/关闭Nks 2-1基因时，他们通过几个步骤指导胚胎干细胞。发现大多数胚胎干细胞可以通过在非常窄的时间范围内开启Nks 2-1的表达而转化为甲状腺细胞。

8.发展:科学家成功“重置”了人类胚胎干细胞的生物钟

doi:10.1242/dev . 138982赞比亚

最近，在国际期刊《发展》发表的一篇研究报告中，约翰·霍普金斯大学的研究人员通过研究细胞信号化合物的混合制剂，成功逆转了人类胚胎干细胞的生物钟，从而赋予细胞同样的灵活性；研究人员表示，促进干细胞的生物钟回到早期可能会给我们提供诱导人类干细胞成为任何一种细胞的机会，这些细胞可以用于器官移植和遗传病模型的开发，最终这些细胞可以用于开发嵌合动物。

研究人员指出，这种名为3i的混合制剂可以促进干细胞产生，具有标准小鼠ESCs细胞的所有相同特征。这些细胞易于生长，可以被操作和分化成各种类型的细胞，并且不包含来自转化的人类干细胞的一些遗传不稳定性。

研究人员说，这项研究中使用的3i混合制剂中的两种，即WNT和MEK/ERK信号通路抑制剂，可以帮助小鼠胚胎干细胞保持以前的原始状态，而第三种化学物质是研究人员添加的一种叫做Tankyrase抑制剂的抗癌制剂。现在，研究人员可以用这种新制剂“重置”25种以上的人类干细胞系，这些“重置”的人类胚胎干细胞可以在许多塑料小鼠胚胎干细胞中表达共同的基因和蛋白质。同时，研究人员还发现，这些“重置”干细胞的DNA不含异常变化，新生的人类ESCs可以分化为可移植的血管和神经细胞。

9.ACS亚组:碳纳米管支架培养人胚胎干细胞

doi:10.1021/am405097w

在一项新的研究中，英国萨里大学和加州大学欧文分校的研究人员发现了一种培养人类胚胎干细胞的新方法，这种方法不依赖于人类细胞或动物细胞。相关研究成果最近发表在《ACS应用材料&界面》杂志上，论文题目为“人胚胎干细胞在基于碳纳米管的全合成支架上的生长和增殖”。

在这项研究中，萨里大学物理系论文的通讯作者艾伦·道尔顿博士和他的研究小组，以及加州大学欧文分校论文的合著者彼得·多诺万博士，开发了一种碳纳米管支架，人类胚胎干细胞可以在其上培养成各种组织。这些碳纳米管模拟人体的天然支持细胞表面，充当干细胞生长的支架。干细胞过去依赖外来的活细胞进行培养，现在可以在实验室中安全培养，从而为开发新的疗法来替代受损或患病的组织奠定了基础。

10.细胞:诱导人胚胎干细胞快速高效地产生12种高纯度中胚层细胞群

doi:10.1016/j.cell.2016.06.011

在一项新的研究中，美国斯坦福大学医学院的研究人员绘制了必要的生物和化学信号，以指导人类胚胎干细胞快速有效地成为12种细胞中的任何纯细胞群体。相关研究结果发表在2016年7月14日的《细胞》杂志上，论文的标题是“绘制从多能性到人类骨骼、心脏和其他中胚层细胞类型的成对选择”。本文的通讯作者是斯坦福大学医学院干细胞生物学和再生医学研究所所长欧文·魏斯曼博士和新加坡基因组研究所研究员雷腾昂。本文第一作者是斯坦福大学医学院干细胞生物学与再生医学研究所研究生凯尔·罗和研究助理陈安琪。

在几天内而不是几周或几个月前制造这些纯细胞群的能力是实现临床上有用的再生医学的关键一步——潜在地允许科学家产生新的跳动的心脏细胞来修复心脏病发作后的损伤，或者制造软骨或骨组织来振兴磨损的关节或从创伤中愈合。

这项研究还强调了发生在关键胚胎分割过程中但不会持续很长时间的基因表达模式，并证实了人类的发展似乎依赖于许多动物的进化保守过程。这些理解也可能有助于更好地理解出生缺陷是如何发生的。

11.细胞:确定人类胚胎干细胞产生神经外胚层的新方法

doi:10.1016/j.cell.2016.02.014

加州大学圣巴巴拉分校博士后张继文发现，通过研究椎间盘上的人类胚胎干细胞，一种新的方法在细胞分化中起着关键作用。相关研究结果于2016年3月24日在线发表在《细胞》杂志上，论文标题为“初级纤毛-自噬-NRF 2 轴激活导致人类胚胎干细胞神经源性死亡”。

张成泽和科西克发现了被他称为PAN轴的通路中的一些步骤。这个新发现的途径似乎决定了胚胎干细胞的最终命运。

科学家们知道G1阶段已经有一段时间了，但他们不知道它在胚胎干细胞分化中的作用。张成泽的研究证实，延长G1期将引发胚胎干细胞转化为神经元的一系列事件，从而导致胚胎干细胞分化为神经外胚层。

当G1期延长时，细胞产生初级纤毛，初级纤毛可以检测其环境中的触须。这种初级纤毛在自噬过程中激活垃圾处理系统。

另一个重要因素是Nrf2，它监控细胞中的自由基等危险分子，这也是健康细胞产生的一项特别重要的任务。

张成泽的研究证实，在延长的G1阶段，核受体f2水平开始下降。Kosik指出，这很重要，因为Nrf2通常在干细胞开始分化之前不会下降。

12.自然:重大突破！首次生产人类单倍体胚胎干细胞！

doi:10.1038/nature17408

在一项新的研究中，耶路撒冷希伯来大学、哥伦比亚大学医学中心和纽约干细胞基金会研究所的研究人员成功生产了一种新型胚胎干细胞，它只携带一份人类基因组，而不是通常在正常干细胞中发现的两份人类基因组。相关研究成果于2016年3月16日在《自然》杂志上在线发表，论文题目为《快乐人胚胎干细胞的分化与分化》。

这项研究中描述的单倍体胚胎干细胞是第一个已知的能够通过细胞分裂产生单拷贝亲代细胞基因组的人类细胞。

在这项研究中，研究人员促进了未受精人类卵子的分裂。然后，他们用荧光染料标记DNA，分离出这些单倍体胚胎干细胞，这些细胞分散在更多的二倍体细胞中。

研究人员证实，这些单倍体胚胎干细胞是多能的，这意味着它们可以分化成许多其他类型的细胞，包括神经细胞、心脏细胞和胰腺细胞，同时保持一套染色体。