鄧宏魁團隊《Cell》論文：建立具有胚內和胚外發(fā)育潛能的新型多能干細胞
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2017年4月6日，國際著名學術期刊《Cell》在線發(fā)表北京大學基礎醫(yī)學院鄧宏魁教授團隊題為“Derivation of Pluripotent Stem Cells with In Vivo Embryonic and Extraembryonic Potency”的研究論文。該研究在國際上首次建立了具有全能性特征的多潛能干細胞系，獲得的細胞同時具有胚內和胚外組織發(fā)育潛能。
發(fā)育生物學研究的一個根本性科學問題是如何在體外建立具有發(fā)育為整個生命個體能力的干細胞系，其代表性工作是多能（pluripotent）干細胞的建立。多能干細胞最重要的功能特性是能嵌合進入早期胚胎中并參與胚胎各個細胞譜系的發(fā)育。但是多能干細胞的發(fā)育潛能僅限于胚胎內的組織，很難發(fā)育為胎盤、卵黃囊等胚胎外的組織。如何在體外建立并維持具有胚內和胚外發(fā)育潛能的干細胞系，是當前干細胞研究領域最富挑戰(zhàn)性的難題之一。
鄧宏魁教授研究組通過化學小分子篩選，開發(fā)了一種全新的培養(yǎng)體系，能夠建立具有胚內和胚外發(fā)育潛能的小鼠和人干細胞系。這一全新的干細胞被命名為潛能擴展的多能干細胞（Extended Pluripotent Stem Cells），簡稱為EPS細胞。令人驚奇的是，單個小鼠EPS細胞即可高效地嵌合到小鼠不同發(fā)育時期的胚內和胚外組織中，并發(fā)育形成各種胚內和胚外組織類型。通過四倍體補償技術，進一步證明單個小鼠EPS細胞即能發(fā)育成為成體小鼠。該研究組還利用人鼠異種嵌合技術，分析了人EPS細胞的體內發(fā)育潛能。人EPS細胞注射到早期小鼠胚胎后，能夠穩(wěn)定地嵌合到小鼠胚內和胚外組織中，其胚內整合比例比已報道的整合效率提高了近20倍，并在mRNA和蛋白水平證明了人嵌合細胞能夠向不同的細胞譜系分化。上述結果表明EPS細胞同時具有胚內和胚外的發(fā)育潛能。
EPS細胞具有胚內和胚外發(fā)育潛能
該項研究首次在體外建立了同時具有胚內和胚外發(fā)育潛能的干細胞系，即EPS細胞。EPS細胞為研究哺乳動物早期胚胎尤其是胚外組織發(fā)育的分子機制提供了新的工具。小鼠EPS細胞在單細胞水平所展現(xiàn)出的更強的嵌合能力和發(fā)育潛能，為建立小鼠遺傳模型提供了新的手段。人EPS細胞的異種嵌合能力為未來利用異種嵌合技術制備人體組織和器官奠定了基礎，為干細胞技術治療重大疾病提供了新的可能。此外，采用同一培養(yǎng)條件即能建立人和小鼠EPS細胞，提示了EPS這一狀態(tài)在哺乳動物不同物種中可能存在保守性，為未來在多個物種中廣泛建立具有全能性特征的干細胞系提供了新的起點，對于干細胞研究具有重要的意義。
本文通訊作者為北京大學基礎醫(yī)學院鄧宏魁教授，共同通訊作者為Salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授以及北京大學人民醫(yī)院生殖中心的沈浣教授；楊楊、劉蓓、徐君、王金琳及Salk研究所吳軍為本文共同第一作者。本工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體、北大-清華生命科學聯(lián)合中心、北昊干細胞與再生醫(yī)學研究院等的大力支持。
（基礎醫(yī)學院）
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