鄧宏魁團(tuán)隊(duì)《Cell》論文：建立具有胚內(nèi)和胚外發(fā)育潛能的新型多能干細(xì)胞
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2017年4月6日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Cell》在線發(fā)表北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院鄧宏魁教授團(tuán)隊(duì)題為“Derivation of Pluripotent Stem Cells with In Vivo Embryonic and Extraembryonic Potency”的研究論文。該研究在國(guó)際上首次建立了具有全能性特征的多潛能干細(xì)胞系，獲得的細(xì)胞同時(shí)具有胚內(nèi)和胚外組織發(fā)育潛能。
發(fā)育生物學(xué)研究的一個(gè)根本性科學(xué)問(wèn)題是如何在體外建立具有發(fā)育為整個(gè)生命個(gè)體能力的干細(xì)胞系，其代表性工作是多能（pluripotent）干細(xì)胞的建立。多能干細(xì)胞最重要的功能特性是能嵌合進(jìn)入早期胚胎中并參與胚胎各個(gè)細(xì)胞譜系的發(fā)育。但是多能干細(xì)胞的發(fā)育潛能僅限于胚胎內(nèi)的組織，很難發(fā)育為胎盤(pán)、卵黃囊等胚胎外的組織。如何在體外建立并維持具有胚內(nèi)和胚外發(fā)育潛能的干細(xì)胞系，是當(dāng)前干細(xì)胞研究領(lǐng)域最富挑戰(zhàn)性的難題之一。
鄧宏魁教授研究組通過(guò)化學(xué)小分子篩選，開(kāi)發(fā)了一種全新的培養(yǎng)體系，能夠建立具有胚內(nèi)和胚外發(fā)育潛能的小鼠和人干細(xì)胞系。這一全新的干細(xì)胞被命名為潛能擴(kuò)展的多能干細(xì)胞（Extended Pluripotent Stem Cells），簡(jiǎn)稱(chēng)為EPS細(xì)胞。令人驚奇的是，單個(gè)小鼠EPS細(xì)胞即可高效地嵌合到小鼠不同發(fā)育時(shí)期的胚內(nèi)和胚外組織中，并發(fā)育形成各種胚內(nèi)和胚外組織類(lèi)型。通過(guò)四倍體補(bǔ)償技術(shù)，進(jìn)一步證明單個(gè)小鼠EPS細(xì)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(shù)，分析了人EPS細(xì)胞的體內(nèi)發(fā)育潛能。人EPS細(xì)胞注射到早期小鼠胚胎后，能夠穩(wěn)定地嵌合到小鼠胚內(nèi)和胚外組織中，其胚內(nèi)整合比例比已報(bào)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(xì)胞能夠向不同的細(xì)胞譜系分化。上述結(jié)果表明EPS細(xì)胞同時(shí)具有胚內(nèi)和胚外的發(fā)育潛能。
EPS細(xì)胞具有胚內(nèi)和胚外發(fā)育潛能
該項(xiàng)研究首次在體外建立了同時(shí)具有胚內(nèi)和胚外發(fā)育潛能的干細(xì)胞系，即EPS細(xì)胞。EPS細(xì)胞為研究哺乳動(dòng)物早期胚胎尤其是胚外組織發(fā)育的分子機(jī)制提供了新的工具。小鼠EPS細(xì)胞在單細(xì)胞水平所展現(xiàn)出的更強(qiáng)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(xì)胞的異種嵌合能力為未來(lái)利用異種嵌合技術(shù)制備人體組織和器官奠定了基礎(chǔ)，為干細(xì)胞技術(shù)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(xì)胞，提示了EPS這一狀態(tài)在哺乳動(dòng)物不同物種中可能存在保守性，為未來(lái)在多個(gè)物種中廣泛建立具有全能性特征的干細(xì)胞系提供了新的起點(diǎn)，對(duì)于干細(xì)胞研究具有重要的意義。
本文通訊作者為北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)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(xué)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、北昊干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究院等的大力支持。
（基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院）
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