JCB丨建立体外多能干细胞模型—rfISCs

哺乳动物胚胎 在着床前和着床后经历 一个高度动态 发育过程 ， 从 这个阶段不同时期的胚胎中 分离建立的 多能性干细胞 的发育潜能明显不同，然而 现有的 体外 多能干细胞 模型只能代表固定的发育时间点，无法完整 模拟 这一连续、渐变的转变过程 ， 调控这一过渡阶段的核心信号通路和转录网络尚未被解析，限制了 人们 对于 早期胚胎发育的认识 。

近日，安徽大学叶守东团队与同济大学刘文强团队在Journal of Cell Biology上发表研究论文，题为Bistable Otx2-Id1 circuitry governs adevelopmental transition state in the pluripotency continuum。该研究通过联合使用MEK抑制剂（ PD0325901 ）、Wnt抑制剂（ IWR1 ）和PKA激活剂（ Forskolin ） ，成功建立了一种新型多能干细胞系，命名为rfISCs（ rosette-formative intermediate stem cells ），并系统揭示了其背后的分子调控机制。

rfISCs的全基因转录表达谱接近小鼠E5.0和E5.5上胚层 ， PCA 等方法分析显示 rfISCs 在 不同类型 多能干细胞系中形成独立中间簇，位置介于 RSCs （ E5.0 ）和 FSCs （ E5.5 ）之间。单细胞测序和拟时 序 分析进一步证实， rfISCs 在发育轨迹上紧密对应 E5.25 和 E5.5 的胚胎细胞。 rfISCs 在 体外可高效分化为原始生殖细胞样细胞 ，在 体内通过胚胎注射 能够 形成嵌合小鼠， 并能够产生可育后代 。

随后，研究者解析了维持 rfISCs 身份的核心机制 —Otx2–Id1 双稳态环路。 研究发现，在 MEK 抑制剂存在下， IWR1 激活 Otx2 表达 ，驱动细胞向形成态 干 细胞 特化并启动神经分化； PKA 激活剂（ Forskolin ）通过 cAMP–PKA–CREB 通路上调 Id1 ，抑制 Otx2 驱动的神经分化。 Otx2 与 Id1 构成双稳态环路，共同维持 rfISCs 的稳定。功能缺失与回补实验进一步验证了这一机制 ： 敲除 Tcf7l1 或 Otx2 均导致 rfISCs 无法形成；而同时过表达 Otx2 和 Id1 ，即使不 添 加 IWR1 和 Forskolin ，也可 以 直接诱导出 与 rfISCs 高度相似 的细胞。

最后，研究者直接从小鼠 E5.25 上胚层中分离细胞，并在 含 PD0325901 、 IWR1 和 Forskolin 的培养基中 培养 ， 在体外 可以成功建立长期传代的 rfISCs 细胞系。这些细胞在分子特征、功能表型和嵌合能力上与体外诱导的 rfISCs 一致 。

综上所述，该研究建立了一个新的体外多能干细胞模型 — rfISCs ， 与 小鼠 E5.0–E5.5 的上胚层 细胞对应 。更重要的是，该研究揭示了 Otx2–Id1 双稳态环路作为这一 群 过渡 细胞形成和维持 的分子 “ 开关 ” ，阐明了 Wnt –PKA 信号如何通过转录因子网络实现发育状态的有序推进与稳定性维持。 研究结果 为理解哺乳动物早期胚胎中多能性状态的连续转变提供了 新视角 ，也为在体外模拟发育过程、优化干细胞分化方案以及探索发育相关疾病提供了新 材料 。

安徽大学 在读博士生 陈鹏、上海交通大学 在站博士后 朱振华和同济大学 在读博士 董宝兴等为论文共同第一作者，安徽大学叶守东教授和同济大学刘文强教授为论文通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1083/jcb.202504054

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