西南医科大学附属医院谢皇帆/谢冰清/江涌团队发现CDK8调控定型内胚层命运决定的新机制

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

定型内胚层（definitive endoderm，DE）是原肠胚形成期三个主要胚层之一，也是胃肠道、呼吸系统及肝、胰、甲状腺等器官的前体，其体外衍生细胞对再生医学、疾病建模和药物筛选具有重要价值。尽管 SOX17、FOXA2 等核心转录因子及 Nodal/Activin、Wnt/β-catenin 等通路已被确立为 DE 命运决定的关键驱动因素，但转录程序如何与信号转导、代谢和表观遗传调控协同以确保 DE 谱系忠实性，尤其如何抑制神经外胚层等谱系的异常特化，仍缺乏完整机制阐释。

周期蛋白依赖性激酶-8（CDK8）作为 Mediator 复合物激酶模块的转录调控因子，已被证实在内胚层衍生组织中调控肠道分化与稳态、胰腺β细胞功能及肝祖细胞分化，其激酶域新发突变还与胃食管反流病等内胚层病理相关。此外，CDK8 还调控糖酵解、氧化磷酸化、mTOR 信号和脂质代谢等通路，提示其可能整合代谢与转录程序。然而，CDK8 在 DE 命运决定中的功能及其是否通过转录调控和代谢通路发挥作用，目前仍缺乏系统研究。

近日，西南医科大学附属医院谢皇帆、谢冰清、江涌作为共同通讯作者（先春梅、黄安、宝钲为论文共同第一作者），在Cell Death & Disease期刊发表了题为：CDK8 regulates definitive endoderm commitment through cAMP-lysosomal homeostasis and neuroectodermal suppression 的研究论文。

该研究鉴定了CDK8为人多能干细胞（hPSC）向定型内胚层（DE）命运决定的关键调控因子，并进一步阐明其通过协调转录调控、表观遗传修饰与细胞代谢稳态，抑制神经外胚层转录程序，从而促进 DE 分化的分子机制。

研究团队首先建立了 hPSC 向 DE 分化的逐步诱导体系，发现药物抑制或遗传敲除 CDK8 均显著降低 SOX17⁺CXCR4⁺ DE 细胞比例，并抑制 DE 转录程序；CDK8 缺失的 DE 进一步丧失肝分化潜能，肝细胞标志基因及尿素合成能力显著下降。多种 CDK8 抑制剂及另一株 hPSC 系均重现该表型，表明该缺陷主要由 CDK8 功能受损介导。CDK8 由此被定位为 hPSC 获得 DE 命运的关键调控因子。

进一步的转录组分析显示，CDK8 功能缺失引起谱系程序整体重塑：DE 及溶酶体相关基因表达下调，神经外胚层及 cAMP 相关基因程序异常激活。这提示 CDK8 缺失可能通过改变细胞内信号与代谢稳态，使细胞由 DE 命运偏向神经外胚层特化命运。

机制性干预表明，抑制 EPAC 依赖的 cAMP 通路（添加ESI-09）可部分挽救 CDK8 缺失造成的 DE 分化缺陷，而 EPAC 激活（添加8-cAMP）进一步抑制 DE 形成；同时，CDK8 缺失伴随溶酶体程序下降及酸化受损，增强溶酶体酸化（添加 HEPES）可改善该表型。上述结果将 cAMP-EPAC 异常与溶酶体功能受损确立为连接 CDK8 缺失与 DE 分化障碍的重要功能环节。

为解析 CDK8 如何连接转录调控与上述信号、代谢变化，研究进一步结合 CUT&Tag、BETA 及 H3K27me3 分析，发现 CDK8 直接关联并调控内胚层、溶酶体、TGF-β、神经外胚层及 cAMP 相关靶基因，伴随启动子邻近区域 H3K27me3 沉积变化，表明 CDK8 缺失所致的 DE 分化障碍与表观遗传重塑密切相关。LISA 分析进一步筛选出 FOSL2、HNF4A 和 FOXH1 作为关键候选节点，干预这些因子可显著影响 DE 分化并改善缺失表型，从而将 CDK8 的染色质调控连接至具体谱系转录网络。

在此基础上，研究团队进一步揭示 CDK8 与 OTX2 之间存在功能协同关系。OTX2 过表达可补偿 CDK8 缺失所致的DE分化缺陷，FOSL2、HNF4A 或 FOXH1 过表达亦可改善相应表型，提示二者共同维持 DE 命运决定相关的下游转录程序。FOSL2/HNF4A/FOXH1 构成连接上游转录调控与下游 cAMP-溶酶体稳态的候选网络，其中 FOXH1 可能作为关键效应节点。

综上所述，这项研究确立了由 CDK8 与 OTX2 共同参与的 DE 命运决定机制：二者协同调控 FOSL2/HNF4A/FOXH1 网络，并通过 cAMP-EPAC 信号及溶酶体酸化维持 DE 命运决定所需的细胞内稳态。CDK8 功能缺失可导致 DE 及溶酶体程序下调、cAMP 及神经外胚层程序异常激活，从而阻碍 DE 分化并促进神经外胚层错误特化。

由此，该研究将 CDK8 界定为连接表观遗传调控与细胞内信号、代谢稳态及谱系命运决定的关键枢纽，为理解 hPSC 谱系分化中转录调控与细胞状态的耦联提供了新的理论依据。

论文连接：

https://www.nature.com/articles/s41419-026-09273-0