2019年4月28日訊/
生物谷BIOON/---胚胎
幹細胞，是一種具有持久更新能力的細胞，它能夠或發育成幾乎所有人類的各種組織或器官，故其在醫學上具有非常重要的研究價值與應用前景。 人胚胎
幹細胞是在人胚胎發育早期——囊胚（受精後約5—7天）中未分化的細胞。囊胚含有約140個細胞，外表是一層扁平細胞，稱滋養層，可發育成胚胎的支持組織如胎盤等。中心的腔稱囊胚腔，腔內一側的細胞群，稱內細胞群，這些未分化的細胞可進一步分裂、分化，發育成個體。內細胞群在形成內、中、外三個胚層時開始分化。每個胚層將分別分化形成人體的各種組織和器官，如外胚層將分化為皮膚、眼睛和神經系統等，中胚層將形成骨骼、血液和肌肉等組織，內胚層將分化為肝、肺和腸等。由於內細胞群可以發育成完整的個體，因而這些細胞被認為具有全能性。當內細胞群在培養皿中培養時，我們稱之為胚胎
幹細胞。
通常人胚胎
幹細胞的來源有四種：選擇性流產的人類胚胎組織；治療不孕症夫婦不需要的由體外受精產生的人類胚胎；由捐獻者專門為研究所捐獻的配子由體外受精產生的人類胚胎；由體細胞核移植技術將人體細胞核移植入人或動物的卵泡內產生人類胚胎或嵌合體胚胎。
小編針對近年來胚胎
幹細胞研究取得的最新進展進行一番盤點，以饗讀者。
1.Sci Adv：科學家鑑別出營養有效性和胚胎生長發育之間的分子關聯近日，一項刊登在國際雜誌Science Advances上的研究報告中，來自巴塞隆納基因組調控中心的研究人員通過研究鑑別出了一種調節幹細胞分裂速度的分子機制，相關研究發現有望幫助闡明人類不育發生的機制並開發新型的不育療法。文章中，研究者描述了AHCY蛋白質的一種未知的功能，AHCY能夠直接調節胚胎幹細胞中基因的激活，鑑於此，研究人員將分子、細胞和計算機工具進行結合描述了與胚胎幹細胞基因組相結合的特殊蛋白質，研究者Aranda說道，我們能夠設法獲得胚胎
幹細胞中
蛋白質組的快照信息，這就能為我們提供一些意外的發現，比如我們就發現，包括AHCY在內的特殊代謝酶類的存在能夠直接與基因調節相關聯。
圖片來源：CRG 2019。
本文研究結果不僅表明，AHCY能作為一種激活調節子外，還闡明了胚胎發育期間營養物質代謝、基因組調節和多能幹細胞分裂速度之間的關聯；營養物質的存在對於胚胎的發育生長至關重要，這項研究中研究人員在分子水平下闡明了營養有效性和胚胎
幹細胞分裂速度之間的關聯是如何被建立的。
同時研究者還表示，本文研究對於科學家們進行人類不育研究也具有重要的意義，研究人員前期的研究結果表明，AHCY蛋白能在人類機體中扮演一種不可替代的角色；如今研究人員想通過研究來調查人類機體中AHCY和胚胎發育期間缺陷之間的可能性關聯，同時這也將能夠為研究人員提供相關工具進行分子
診斷並預測人類可能出現的生育問題。
2.Stem Cell Reports：尼古丁會影響胚胎的健康發育研究人員2月28日在《Stem Cell Reports》雜誌上報導，尼古丁在個體細胞水平上對人類胚胎發育產生廣泛的不利影響。人胚胎
幹細胞（hESC）衍生的胚狀體的單細胞RNA測序顯示，3周的尼古丁暴露會破壞細胞間的通訊，降低細胞存活率，並改變調節心肌等關鍵功能的基因的表達。
作者說，這種
幹細胞模型提供了尼古丁對發育中胎兒個體器官和細胞影響的新見解，可用於優化藥物和環境毒性篩查。
大量研究已經闡明了尼古丁在動物中的負面影響，主要是在齧齒動物模型中。動物研究表明，懷孕期間尼古丁暴露對胎兒發育有不利影響。但由於種間差異，這項研究是否可以轉化為人類仍然值得懷疑。雖然其他研究通過大量RNA測序分析檢測了使用人體細胞的尼古丁毒性，但這些常規研究不允許研究人員研究單細胞水平的影響。因此，尼古丁對人類胚胎發育的影響和潛在的分子機制仍然知之甚少。
為了解決這些局限性，Wu和他的合作者使用單細胞RNA測序來分析21天尼古丁暴露對由hESC衍生的胚狀體產生的總共12,500個細胞的轉錄組的影響，所述胚胎體是不同的3-D聚集體。多能細胞的類型，產生大腦，心臟，肝臟，血管，肌肉和其他器官。他們發現細胞存活率下降，表明尼古丁早在植入前階段就會影響胚胎發育。尼古丁暴露也降低了胚狀體的大小，增加了被稱為活性氧物質的破壞性分子的水平，並導致胚狀體的異常形成和分化。此外，尼古丁暴露改變了從hESC分化的廣泛的祖細胞中的細胞周期，並導致細胞間通訊失調，這是另一種尚未得到充分研究的副作用。他們還發現，尼古丁暴露導致金屬毒性和破壞線粒體功能，腦畸形和智力殘疾，肌肉發育和疾病，肺病以及影響心肌細胞收縮性的Ca2 +相關心律失常的基因表達改變。
3.Cell Stem Cell：研究人員開發出大腦類器官用於研究認知障礙！來自耶魯大學的研究人員近日在實驗室培養皿中模擬了兩種大腦結構以及它們之間的相互作用，為揭示神經精神疾病的起因帶來了曙光。
耶魯大學
遺傳學副教授In-Hyun Park及其團隊創造了大腦中丘腦的類器官，丘腦是整合感覺信息並將之傳遞給大腦不同部位的重要集成器。研究人員通過
幹細胞創造了類器官以模擬大腦的不同區域並評估它們的功能。研究人員對丘腦感興趣是因為有幾種精神疾病和丘腦有關係。
圖片來源：Cell Stem Cell
研究人員隨後將這種丘腦類器官與大腦另一個部位——額皮質的類器官融合在一起，額皮質具有更高級的認知功能。「現在我們正在嘗試使用這種類丘腦去研究癲癇、自閉症、精神分裂症甚至是
抑鬱症。許多患這些疾病的人的額皮質和丘腦之間的聯繫存在缺陷，同時丘腦的微觀結構也發生了改變。」
通過利用直接從病人身上提取的細胞創造類器官，研究人員可能發現每種疾病背後特殊的大腦結構的變化，可能有助於開發出個性化治療方法。相關研究結果於近日發表在《Cell Stem Cell》上。
4.Stem Cell Rep：重磅！科學家在小鼠體內成功製造出可供移植的功能性B細胞近日，一項刊登在國際雜誌Stem Cell Reports上的研究報告中，來自McGovern醫學院的科學家們通過研究發現，由小鼠胚胎幹細胞衍生的功能性B-1細胞在移植到小鼠機體後能長期植入並分泌天然抗體，研究者非常感興趣研究多能
幹細胞產生的B-1細胞，因為其能作為一種新型療法來治療多種免疫性障礙。
骨髓移植可能無法重建一些被稱為B-1的免疫細胞（其能產生IgM抗體抵禦機體新型感染），除了接受幹細胞移植的患者外，IgM的缺失或許也會在多種疾病患者中發生，其會增加患者發生致死性感染的風險，這些疾病包括某些癌症、免疫性疾病、過敏性疾病和胃腸道疾病等。這項研究中，研究者實現了在不通過基因修飾的前提下利用小鼠胚胎幹細胞製造功能性、可供移植的B-1細胞的目的，因此他們就能利用高質量的細胞系來支持B細胞發育，當移植到受體小鼠機體後，
幹細胞衍生的B細胞祖細胞就能發育成為B-1細胞，其能維持6個月以上時間，同時還能分泌天然的IgM抗體。
研究者Yoshimoto說道，在體外利用小鼠胚胎幹細胞製造功能性的B-1祖細胞能夠幫助開發新型細胞療法從而提供天然的IgM以及骨髓移植無法提供的B-1細胞。未來研究人員希望能夠深入研究嘗試利用人類誘導多能
幹細胞產生B細胞，這或許能用作新型細胞療法來治療免疫性障礙的患者，而且相關研究結果未來有望應用於人類臨床研究中。
5.Cell Stem Cell：重大突破！首次誘導多能幹細胞產生殺死腫瘤細胞的成熟T細胞在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校的研究人員首次證實他們開發出的一種技術誘導多能
幹細胞---它們能夠產生體內的每種細胞類型，並且可在實驗室裡無限制地生長---產生能夠殺死
腫瘤細胞的成熟T細胞。這種技術使用一種稱為人工胸腺類器官（thymic organoids）的三維結構。這種人工胸腺類器官通過模擬胸腺環境發揮作用。在胸腺中，T細胞是由造血
幹細胞產生的。相關研究結果於2019年1月17日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為「Organoid-Induced Differentiation of Conventional T Cells from Human Pluripotent Stem Cells」。論文通訊作者為加州大學舊金山分校的Gay Crooks博士。
在人工胸腺類器官中，人胚胎幹細胞產生T細胞（紅色輪廓），圖片來自UCLA Broad Stem Cell Research Center/Cell Stem Cell。
T細胞是抵抗感染的免疫系統細胞，但也有消除癌細胞的潛力。通過使用加州大學舊金山分校開發出的這種技術讓自我更新的多能
幹細胞產生T細胞的能力可能導致人們開發出新的癌症免疫療法，並可能促進人們進一步研究針對HIV等病毒感染和
自身免疫疾病的T細胞療法。這種技術最有希望的一個方面是它可以與基因編輯方法相結合，以便創造出幾乎無限制的T細胞供應用於大量患者體內而無需使用患者自己的T細胞。
這項新的研究證實人工胸腺類器官能夠讓目前用於研究的兩種多能性幹細胞高效地產生成熟的T細胞。這兩種多能幹細胞是胚胎幹細胞，來自於捐贈的胚胎；誘導性多能
幹細胞，是通過讓成體皮膚細胞或血細胞經過重編程後返回到一種胚胎樣狀態而產生的。
這些研究人員還證實他們能夠對多能
幹細胞進行基因改造，讓它們表達一種靶向癌症的T細胞受體，並且利用人工胸腺類器官，讓它們產生能夠在小鼠體內靶向和殺死
腫瘤細胞的T細胞。
6.Nat Commun：如何維持胚胎幹細胞的無限潛能？近日，一項刊登在國際雜誌Nature Communications上的研究報告中，來自索爾克研究所的科學家們通過研究開發了一種新型蛋白複合體，其能抑制
幹細胞的發展，從而使其能夠維持無限的潛能；這種名為GBAF的複合體或有望作為後期科學家們開發新型
再生醫學療法的潛在靶點。
研究者Diana Hargreaves教授表示，這項研究中，我們始於對胚胎幹細胞多能性的探索，這種多能性能夠促進胚胎幹細胞轉化成為機體中任何一種類型的細胞，闡明控制幹細胞多潛能性的多種基因網絡非常重要，因此能夠找到一種在這一調節過程中扮演關鍵角色的未知蛋白，對於研究者而言也是非常有意義的。機體中的每一個細胞都有著相同的一套DNA元件，其包含有製造每一種可能性細胞類型的指令；大型的蛋白複合體（染色質重塑器）能夠激活或沉默基因的表達，指導胚胎幹細胞進入到一種特殊的路徑中，就好比一群計劃裝修房子的承包商們，這些蛋複合體也包含有多重亞單位，不同亞單位的組合就能夠改變DNA的物理形狀，並且決定哪些基因能夠指揮
幹細胞分化成為肺部細胞或大腦細胞。
文章中，研究人員想通過研究深入理解這些亞單位的聚集方式以及特殊的亞單位如何指揮蛋白複合體的功能，因此研究人員轉向對一種名為BRD9的蛋白進行研究，該蛋白與BAF染色質重塑器家族有關，他們推測該蛋白或是其中的一種亞單位；隨後研究者將BRD9化學抑制劑應用於胚胎
幹細胞中，並進行了一系列實驗來全面分析與BAF複合體活性改變相關的細胞多潛能性。
研究者發現，BRD9能扮演胚胎
幹細胞發育制動器的角色，當BRD9開始發揮作用時，細胞就會維持多潛能性，而當BRD9的活性被抑制時，細胞就會開始發育的下一個階段，隨後研究者鑑別出了哪種BAF複合體能在細胞中發揮作用，結果表明，BRD9或許是一種未知BAF複合體的一部分。
7.Int J Mol Sci：轉基因小鼠胚胎幹細胞中Hes1和Msx1的激活增加成神經嵴衍生物的表達神經嵴（NC）包括多能細胞群，其產生外周神經元，軟骨和平滑肌細胞，以及其他表型。當在經歷NC分化的小鼠胚胎
幹細胞（mESC）中表達時，Hes1和Msx1的作用尚未可知。
在這項工作中，我們生成穩定的mESCs轉染編碼嵌合蛋白的構建體，其中糖皮質激素受體（GR）的配體結合域，通過加入地塞米松轉移到細胞核，與Hes1（HGR）或Msx1（MGR）融合，以及雙轉基因細胞（HGR + MGR）。這些品系繼續表達多能性標誌物。在NC分化時，所有品系顯示出明顯的Sox2表達降低和Sox9，Snai1和Msx1的表達上調，表明NC定型。加入地塞米松以誘導嵌合蛋白的核轉位。我們發現膠原IIa轉錄物在MGR細胞中增加，而HGR + MGR的共激活導致平滑肌肌動蛋白（α-Sma）轉錄物的顯著增加。免疫染色顯示HGR + MGR細胞中的活化誘導了更高比例的β-TUBULIN III +，α-SMA +和COL2A1 +細胞。
總之，這些發現表明單獨或與HES-1組合的MSX-1的核轉位產生軟骨細胞樣細胞，並且同時激活HES-1和MSX-1增加平滑肌和神經元細胞的產生。
8.Blood：通過抑制PAPD5調節TERC的轉錄後修飾可恢復角化不良患者的終末造血TERC（
端粒酶RNA的組成成分）水平降低可導致攜帶TERC、PARN、NOP10、NHP2、NAF1或DKC1突變的患者發生角化障礙（DC）。抑制非經典poly（A）聚合酶PAPD5或外泌體RNA降解複合物，可部分恢復DKC1突變細胞的TERC水平，但仍不明確TERC的轉錄後加工的調控是否可改善角化障礙患者的造血輸出。
Wilson Chun Fok等人採用一種攜帶常見角化不良蛋白突變（DKC1_A353V，該突變可導致
端粒酶維持功能缺陷和終末造血潛能降低）的人胚胎
幹細胞（hESCs），來研究EXOSC3活性降低或PAPD5介導的寡腺苷化沉默對DC患者造血祖細胞功能的影響。
DKC1突變型hESCs的EXOSC3或PAPD5水平降低可功能性改善TERC水平和端粒酶活性，並伴隨端粒延長和DNA損傷信號的降低。沉默PAPD5，可明顯恢復DKC1突變細胞的終末造血潛能，但沉默EXOSC3無此效果。此外，研究人員還發現在分化的CD34+細胞中，PAPD5的抑制作用是持續的，伴隨成熟的、功能性的TERC形成增多，提示上調PAPD5可能是逆轉DC患者造血功能障礙的一種潛在策略。
9.Nat Commun：蜂王漿蛋白Royalactin能維持幹細胞多能性圖片來自Nature Communications, 2018, doi:10.1038/s41467-018-06256-4。
蜂王漿是蜜蜂Apis mellifera的蜂后製造者，對哺乳動物的長壽、生育和再生具有跨物種效應。儘管有這些知識，人們對蜂王漿或它的組分如何發揮其無數的作用仍然是知之甚少。在一項新的研究中，以小鼠胚胎幹細胞（ESC）為平臺，美國史丹福大學的研究人員報導，蜂王漿通過它的主要蛋白組分Royalactin激活一種基態的多能性基因網絡來維持這些小鼠胚胎幹細胞的多能性。他們進一步鑑定出作為Royalactin的一種哺乳動物結構類似物，Regina也在小鼠胚胎幹細胞中誘導出一種幼稚樣狀態（naive-like state）。這揭示出幹細胞自我更新的一個重要的先天性程序。這些發現對於理解跨物種的
幹細胞命運的分子調節具有廣泛的意義。
10.Sci Rep：GRG5參與胚胎和神經幹細胞的轉化格勞喬相關基因5（GRG5）是一種多功能蛋白，其與胚胎晚期和出生後小鼠發育有關。在這裡，我們通過分析GRG5在
幹細胞轉化決定中的功能來描述GRG5在早期發育階段中以前未知的作用。
通過功能損失和功能獲得方法，我們證明GRG5的消融使胚胎幹細胞（ESC）多能狀態失調，而其過表達導致自我更新能力增強和癌細胞樣特性獲得。由過量表達GRG5的胚胎幹細胞產生的畸胎瘤的惡性特徵揭示了其致癌基因潛力。此外，轉錄組學分析和細胞分化方法強調GRG5是抑制中內胚層相關基因的多方面信號調節因子。當ESC沒有多能性時，GRG5通過Wnt和BMP信號通路抑制促進神經外胚層規範。此外，GRG5通過維持Notch/Hes和Stat3信號通路的活性來促進成纖維細胞的神經元重編程並維持神經幹細胞（NSCs）的自我更新。總之，我們的研究結果表明GRG5在幹
細胞生物學中具有多效作用，發揮著
幹細胞因子和神經轉化的作用。（生物谷 Bioon.com）