JCB丨建立體外多能干細胞模型—rfISCs

哺乳動物胚胎 在著床前和著床后經歷 一個高度動態 發育過程 ， 從 這個階段不同時期的胚胎中 分離建立的 多能性干細胞 的發育潛能明顯不同，然而 現有的 體外 多能干細胞 模型只能代表固定的發育時間點，無法完整 模擬 這一連續、漸變的轉變過程 ， 調控這一過渡階段的核心信號通路和轉錄網絡尚未被解析，限制了 人們 對于 早期胚胎發育的認識 。

近日，安徽大學葉守東團隊與同濟大學劉文強團隊在Journal of Cell Biology上發表研究論文，題為Bistable Otx2-Id1 circuitry governs adevelopmental transition state in the pluripotency continuum。該研究通過聯合使用MEK抑制劑（ PD0325901 ）、Wnt抑制劑（ IWR1 ）和PKA激活劑（ Forskolin ） ，成功建立了一種新型多能干細胞系，命名為rfISCs（ rosette-formative intermediate stem cells ），并系統揭示了其背后的分子調控機制。

rfISCs的全基因轉錄表達譜接近小鼠E5.0和E5.5上胚層 ， PCA 等方法分析顯示 rfISCs 在 不同類型 多能干細胞系中形成獨立中間簇，位置介于 RSCs （ E5.0 ）和 FSCs （ E5.5 ）之間。單細胞測序和擬時 序 分析進一步證實， rfISCs 在發育軌跡上緊密對應 E5.25 和 E5.5 的胚胎細胞。 rfISCs 在 體外可高效分化為原始生殖細胞樣細胞 ，在 體內通過胚胎注射 能夠 形成嵌合小鼠， 并能夠產生可育后代 。

隨后，研究者解析了維持 rfISCs 身份的核心機制 —Otx2–Id1 雙穩態環路。 研究發現，在 MEK 抑制劑存在下， IWR1 激活 Otx2 表達 ，驅動細胞向形成態 干 細胞 特化并啟動神經分化； PKA 激活劑（ Forskolin ）通過 cAMP–PKA–CREB 通路上調 Id1 ，抑制 Otx2 驅動的神經分化。 Otx2 與 Id1 構成雙穩態環路，共同維持 rfISCs 的穩定。功能缺失與回補實驗進一步驗證了這一機制 ： 敲除 Tcf7l1 或 Otx2 均導致 rfISCs 無法形成；而同時過表達 Otx2 和 Id1 ，即使不 添 加 IWR1 和 Forskolin ，也可 以 直接誘導出 與 rfISCs 高度相似 的細胞。

最后，研究者直接從小鼠 E5.25 上胚層中分離細胞，并在 含 PD0325901 、 IWR1 和 Forskolin 的培養基中 培養 ， 在體外 可以成功建立長期傳代的 rfISCs 細胞系。這些細胞在分子特征、功能表型和嵌合能力上與體外誘導的 rfISCs 一致 。

綜上所述，該研究建立了一個新的體外多能干細胞模型 — rfISCs ， 與 小鼠 E5.0–E5.5 的上胚層 細胞對應 。更重要的是，該研究揭示了 Otx2–Id1 雙穩態環路作為這一 群 過渡 細胞形成和維持 的分子 “ 開關 ” ，闡明了 Wnt –PKA 信號如何通過轉錄因子網絡實現發育狀態的有序推進與穩定性維持。 研究結果 為理解哺乳動物早期胚胎中多能性狀態的連續轉變提供了 新視角 ，也為在體外模擬發育過程、優化干細胞分化方案以及探索發育相關疾病提供了新 材料 。

安徽大學 在讀博士生 陳鵬、上海交通大學 在站博士后 朱振華和同濟大學 在讀博士 董寶興等為論文共同第一作者，安徽大學葉守東教授和同濟大學劉文強教授為論文通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1083/jcb.202504054

制版人：十一

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