Cell Rep：中山大学王继厂课题组开发新的干细胞模型，重现人类早期胚胎发育过程
丁香学术
卵子受精后不久，转录沉默的基因组重新激活，大量基因开始表达，此过程被称为合子基因组激活（Zygotic genome activation，ZGA），其是早期胚胎发育中最重要的生物学事件之一 。由于人类早期胚胎发育研究的伦理和实验手段限制，人类 ZGA 的启动机制以及异常 ZGA 对人类胚胎发育的影响尚不清楚。因此，建立人类卵裂期胚胎的干细胞模型以在实验室中重现人类生命的产生和发展过程，这对于理解人类早期胚胎发育规律和出生缺陷等疾病的发生机理，具有重要意义。
近日，中山大学中山医学院王继厂课题组在 Cell Reports 上发表了题为 Recapitulating early human development with 8C like cells 的论文，报道了从人类植入前上胚层干细胞中分离八细胞胚胎样细胞（8C-like cell，8CLC）及其培养的新策略，并证实 8CLC 可自行发育成为囊胚样结构。这项研究不仅为解析人类早期胚胎发育规律提供了新的模型和思路，而且其制备的 prEpiSC 和 8CLC 具有非常重要的临床应用前景，可应用于干细胞治疗、器官再生、生殖健康等。
近年来的研究表明，「原始态」人类多能干细胞在长期培养过程中，会产生基因组不稳定、基因印记异常、分化潜能低下等问题。这些问题表明目前的「原始态」人类多能干细胞与人类植入前上胚层细胞存在较大差异，因此仍需继续优化培养条件以建立更加稳定、更高质量、更强分化潜能的新型干细胞系。
为了建立与人类植入前上胚层细胞更相似的干细胞系，王继厂教授团队首先利用特异性标记干细胞多能态的荧光报告系统，通过小分子化合物和细胞因子筛选，建立了一种新的培养体系，由此获得一种新型人类多能干细胞系。该干细胞系具有与人类植入前上胚层细胞高度相似的分子特征，因此被命名为人类植入前上胚层干细胞（human preimplantation epiblast-like stem cell，prEpiSC）。prEpiSC 可以稳定培养超过 80 代，同时绝大多数细胞仍保持着正常核型，表明其具有良好的稳定培养特性。此外，prEpiSC 具有直接向外、中、内三胚层分化的潜能。
令人意外的是，一些 ZGA 相关基因在 prEpiSC 中激活，并且它们的表达水平明显高于其他类型的「原始态」人类多能干细胞。该团队进一步研究发现，在 prEpiSC 中存在一小群人类八细胞胚胎样细胞（8CLC）。作者利用人类八细胞胚胎特异性转录因子 LEUTX 的转录调控元件，设计了一个特异性标记人类八细胞胚胎的荧光报告系统（8C::mCherry），并利用该系统对这些稀有的 8CLC 进行富集和分析，证实它们高表达许多 ZGA 相关基因。
随后，作者又对 8CLC 培养条件进行了优化。在此优化的培养体系中，大量的 prEpiSC 转变成为 8CLC，并且可在体外维持更长时间。这些由 prEpiSC 转变而来的 8CLC 被命名为化合物诱导型 8CLC（ci8CLC）。
相较于 prEpiSC，ci8CLC 高表达大量 ZGA 相关基因和八细胞胚胎特异性反转录转座子，同时低表达多能性基因；全基因组转录图谱的分析比较显示，ci8CLC 与人类囊胚中的内细胞群明显不同，而与人类八细胞胚胎更为相似。
尤为重要的是，研究团队证实 8CLC 可以自发形成典型的人类囊胚结构，并且该过程较好地再现了人类植入前胚胎发育中的细胞紧密化、极化和谱系分化等关键生物学事件。
