来源：丁香学术
人类胚胎干细胞（hESCs）的捕获和维持是干细胞研究的一个重要里程碑，而诱导多能干细胞（iPSC）技术则进一步为再生医学产生无限的种子细胞，更是克服了伦理问题相关的限制。目前，多能 hESCs 和 iPSCs 广泛应用于基础研究和转化医学。然而，hESCs 或 iPSCs 的质量和分化能力仍然是领域内尚未完全解决的重要难题。
受精卵和早期卵裂球代表全能性，受精卵基因组在一开始是沉默的，直到合子基因组激活（ZGA）。在人类中，ZGA 发生在 8 细胞卵裂球中，而在小鼠中，它发生在 2 细胞卵裂球中。2021 年 5 月，北京大学杜鹏团队在 Cell 杂志发表了题为 Mouse totipotent stem cells captured and maintained throughspliceosomal repression 的文章，他们的研究发现，使用剪接抑制剂普拉地诺内酯 B（PlaB），可以在体外稳定培养在分子水平上与 2 细胞和 4 细胞卵裂球相当的小鼠全能胚胎干细胞，他们称之为全能卵裂球样细胞（TBLCs）。然而，迄今为止，接近卵裂球早期阶段的人类全能干细胞还不能在体外稳定地捕获和维持。
2024 年 6 月 5 日，北京大学杜鹏教授及其团队在 Cell 杂志再次发文，他们发现，剪接抑制剂 PlaB 处理同样可以产生人类 TBLCs（hTBLCs），产生的 hTBLCs 具有胚胎和胚胎外发育潜能，可以在体外不需要外部细胞信号的情况下自主产生囊胚样结构，为人类细胞全能性研究提供了重要见解。
图 1. 相关研究（图源：Cell）
研究人员首先使用不同浓度的 PlaB 处理多能 hESCs，并在不同时间点收集细胞进行转录组测序（RNA-seq）分析。转录组学分析结果比较清楚地揭示了 hESCs 整个转录组以剂量依赖的方式显著重编程，进一步的研究发现剪接体抑制可以将多能 hESCs 重编程为 ZGA 样细胞（ZLCs），其与体内 8 细胞卵裂球非常相似。不过，与 8 细胞样细胞（8CLCs）不同，ZLCs 沉默了大多数原始多能基因，而激活了在 8 细胞卵裂球中富集但在 8CLCs 中不存在的特异性 ZGA 基因。
接下来，研究人员发现，经过长期传代培养，hESCs/iPSCs 在含 PlaB 的培养基中通过中间的 ZLCs 阶段最终转化为具有稳定染色体状态的 hTBLCs。通过转录组和表观基因组层面的分析，他们发现这些 hTBLCs 广泛激活 2 细胞、4 细胞卵裂球特异性基因，并在 preZGA 阶段获得表观遗传特征。
随后，他们将 hTBLCs 置于 E8 基础培养基中，在没有其他外部因素的情况下诱导细胞自发分化。结果发现，hTBLCs 首先重新进入中间的 ZLCs 阶段，并平行产生外胚层（EPI）、原始内胚层（PrE）和滋养外胚层（TE）样谱系，这有力地证明 hTBLCs 具有全能性，并可在体外重塑整个人类着床前的胚胎发育。此外，他们还发现 hTBLCs 可以在没有细胞信号操纵的情况下自主生成组织良好的囊胚样结构，并具有从三个胚层生成各种组织的能力。最后，为了评估 hTBLCs 在体内的发育潜力，他们进行了嵌合小鼠实验，结果发现 hTBLCs 在体内嵌合小鼠胚胎中具有产生胚胎和胚胎外谱系的双向发育能力。
图 2. 研究总结图（图源：Cell）
本研究发现剪接抑制剂处理可以产生人类 hTBLCs，并建立了 hTBLCs 自发分化和囊胚形成系统，EPI、TE 和 PrE 谱系平行产生，这使得人类首次实现了对整个胚胎着床前发育的重塑。因此，hTBLCs 具有 hESCs 或 iPSCs 没有的独特全能性，并且其不需要人工细胞信号传导操作和长期传代，可作为评估体外培养的全能性样干细胞的关键标准。
作者简介
杜鹏 北京大学生命科学学院/北大-清华生命联合中心研究员、博雅特聘教授。2012 年于北京大学获得博士学位，后进入哈佛大学医学院/波士顿儿童医院从事博士后研究。其课题组综合运用传统的生物化学，分子生物学，结合高通量测序，基因组学，生物信息学等手段来分析和鉴定未知的 RNA 调控通路，研究相关 RNA 调控通路在胚胎干细胞的分化命运决定和早期胚胎发育中的功能，同时致力于在动物细胞中重组植物或微生物中特异的 RNA 调控通路，并研究其潜在的转化医学的应用价值。获得国家杰出青年科学基金，海外高层次人才项目（青年），基金委原创探索计划项目，科技部国家重点研发计划及颠覆性技术创新项目的支持和资助，荣获亚洲青年科学家奖、钟南山青年科技奖、中源协和生命医学创新突破奖、顾孝诚讲座奖等荣誉称号。
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参考原文
Li et al., Capturing totipotency in human cells through spliceosomal repression, Cell (2024), https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.05.010.