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酶美
人多能性干细胞（PSCs，包括胚胎干细胞ESCs和诱导性多能干细胞iPSCs）具有无限增殖和分化为成年个体内所有细胞种类的能力。利用hPSCs的“细胞替代疗法”，即用hPSCs分化产生的健康细胞或组织替换丢失或失去正常功能的病人组织，有望为糖尿病、神经退行性疾病、器官衰竭等很多现行技术无法治愈的疾病带来治愈手段。因此，如何能产生大量可用于医学移植的人类细胞、组织，成为了干细胞领域的一个研究焦点。跨物种胚胎嵌合技术，是通过将人PSCs注射入囊胚期的动物胚胎，进而利用发育中的动物作为生物容器来培育人体组织的一种方法。一旦实现，将能够低成本的生产近于无限的人类细胞组织。
先前的研究表明，只有处在和囊胚内细胞团（ICM）相同发育时期的navePSCs（如经典鼠源PSCs），才能有效掺入受体囊胚，进而在嵌合体胚胎中发育。而处在稍靠后发育阶段的primedPSCs（如经典人源PSCs），则不具有通过囊胚嵌合在动物胚胎中发育的能力。在过去的十年里，人们虽然通过持续的基因过表达或者多种细胞信号传导途径的激动或抑制剂的联合使用，使人primedPSCs获得了部分nave状态的分子细胞特性，却始终无法获得能与动物囊胚形成胚胎嵌合体的人navePSCs.
纽约州立大学水牛城分校生理和生物物理系的冯简教授课题组，于近日在ScienceAdvance在线发表题为“TransientinhibitionofmTORinhumanpluripotentstemcellsenablesrobustformationofmouse-humanchimericembryos”的研究论文，介绍了一种产生人navePSCs的新方法。仅仅通过3小时的mTOR的暂时抑制就将人primedhPSCs诱导成了发育时期更早的nave状态。通过这种方法获得的人navePSCs具有几乎所有已知的navePSCs的分子细胞学特征，而且能够稳定的与小鼠囊胚形成胚胎嵌合体。该研究为研究人类发育提供了新方法，并为用嵌合体动物来作医用人类细胞供体奠定了基础。
TFE3被认为是控制nave多能性的关键转录因子，其细胞核定位是navePSCs基因调控网络的一个直观表现。鼠源navePSCs在经典nave培养液（2iL）中就可以稳定保持TFE3的核定位。而之前报道的人源navePSCs则都需要额外的过表达基因或者小分子化合物才能维持TFE3的核定位。作者猜想，真正的人源navePSCs也应该可以依赖其内源基因调控网络在2iLnave培液中维持TFE3的核定位和nave状态。因此，作者尝试使用TFE3上游通路mTOR的抑制剂来诱导人primedPSCs中的TFE3进入细胞核，借此引发细胞内基因调控网络的变化，然后利用2iLnave培养液来筛选可以维持自身TFE3核定位的navehPSCs。
作者惊讶地发现，仅仅3小时的mTOR的暂时抑制就足够引发primed到navePSCs的基因调控网络的长远变化，从而获得稳定培养在2iLnave培养液中的人navePSCs。跟primed状态相比，这种navePSCs表现出高增殖速率、高单细胞克隆形成率、高三羧酸循环利用率、高氧化磷酸化活性、低基因组5mC水平、X染色体重激活等几乎所有已知的navePSCs分子细胞特征。转录组分析也发现其激活了navePSCs的特征性基因调控网络。
为了进一步验证这种细胞的nave特性，作者进行了12次小鼠囊胚嵌合实验——把稳定表达GFP的人navePSCs注射入小鼠囊胚，然后移植入代孕母鼠子宫进行发育。通过检测人navePSCs携带的GFP序列、人特异性线粒体基因序列、人特异性18S核糖体序列，以及DNA指纹序列，作者在10次嵌合体实验（10/12）产生的多个发育时期（E6.5-E17.5）的小鼠胚胎中确认了人源细胞的嵌合和存活。通过免疫荧光染色，作者在嵌合体胚胎的三个胚层中都发现了人源细胞，包括视觉感受器细胞、肝脏细胞、肌肉细胞和大量血细胞。利用NGS对人、鼠特异性18S序列进行人鼠细胞比例定量发现，E17.5嵌合体胚胎中包含0.1-4%的人源组分。所有证据都证实了短暂mTOR抑制诱导的人navePSCs具有跟小鼠囊胚形成胚胎嵌合体的能力。
GFP+人类细胞在17.5天老鼠胚胎
这项研究介绍了一种能与小鼠形成胚胎嵌合体的人navePSCs的获取方法；论证了小鼠与人navePSCs状态的一致性；为研究人类胚胎发育提供了跨物种胚胎嵌合体的新方法；并为利用嵌合体动物作为生物容器来培养医用人类细胞、组织乃至器官，奠定了理论和实验基础。
纽约州立大学水牛城分校，生理和生物物理系的冯简教授为该文章的通讯作者。胡智兴博士和李汉钦博士为该文章的共同第一作者。