重磅解讀：近期干細胞研究領域這10項重要研究成果

近日，來自加利福尼亞大學等機構的科學家們通過研究能夠成功維持雞蛋中的胚胎干細胞并闡明了胚胎干細胞的命運，該研究或為科學家們研究干細胞多能性和進化發育的生物學特性提供新的見解。那么近期科學家們在干細胞研究領域還有哪些重要研究成果呢？本文中，小編整理了相關研究，分享給大家！

ipsC疫苗注射劑控制療法施行后，腫瘤引流淋巴結中CD8+ T細胞激活狀態和T細胞亞群頻率之間的差異。

圖片來源：Xiaoming Ouyang，et al. Stem Cell Reports (2021). doi：10.1016/j.stemcr.2021.04.004

【1】Stem Cell Rep：基于誘導多能干細胞的疫苗策略或有望產生強大的抗胰腺癌潛能

胰腺導管腺癌（PDAC）是美國癌癥相關死亡的第四大原因，在過去幾十年里PDAC患者的5年生存率一直處于個位數的水平；截止到目前為止，手術依然是治療這種疾病最有效的方法；然而，僅有大約10%的患者能夠在早期階段被診斷出來，從而及時接受手術來移除腫瘤。盡管科學家們在免疫檢查點抑制劑研究領域取得了一定的成功，但PDAC仍然對這些藥物制劑具有一定的耐受性，這就使得這類癌癥因其間質促纖維增生、缺乏效應T細胞及較低的突變負擔而成為了一種難治性的癌癥。

誘導多能干細胞（ipsCs）和癌癥擁有細胞的相似性和轉錄組特性；日前，一篇發表在國際雜志Stem Cell Reports上題為“Antitumor effects ofipsC-based cancer vaccine in pancreatic cancer”的研究報告中，來自斯坦福大學等機構的科學家們通過研究深入探究了使用誘導多能干細胞中的非突變腫瘤相關蛋白質來作為開發PDAC疫苗基礎的可能性。我們都知道，適應性免疫系統能夠識別并對非突變腫瘤相關的抗原（TAAs）產生反應，FDA批準的名為Provenge的治療性癌癥疫苗就能作為一種基于TAA的疫苗；研究人員指出，誘導多能干細胞和癌細胞共享著基因表達譜，對iPSC細胞系和癌細胞系的RNA測序數據進行聚類分析后，研究者發現其二者共享著上調基因，這種被稱為ipsC-癌癥特征性基因的特殊基因能被多潛能細胞群高度表達，但在體細胞組織中僅會輕微或根本不表達。

綜上，本文研究結果支持了在PDAC臨床前和臨床模型中進行iPSC疫苗接種的進一步研究，同時ipsC疫苗還適用于在擁有較低突變負擔的其它癌癥類型中的研究；當然，后期研究人員還希望能通過深入研究揭示是否ipsC癌癥疫苗在患者機體中是安全且有效的，同時還能有效抑制腫瘤生長和再度生長，并能幫助清除已經形成的腫瘤。

【2】Nat Commun：科學家發現影響血液干細胞中特殊基因表達的關鍵元件

基因轉錄通常會被啟動子和調節元件（比如增強子和沉默子）之間的染色質環來進行調節，不同的轉錄因子（TFs，transcription factors）能夠與這些調節元件結合，并以一種細胞類型特異性的方式來調節啟動子-增強子環。盡管其在控制基因表達方面發揮著重要作用，但轉錄因子如何促進啟動子-增強子環，目前研究人員尚不清楚。

CCCTC結合因子（CTCF）是一種維持染色質間相互作用的重要因子，然而研究人員并不清楚調節其與染色質結合之間的分子機制。生物體能通過一種生物化學過程錯綜復雜網絡來保持活力并維持健康狀況，這些過程在應對環境改變方面往往具有顯著的可塑性，但有時其也會出錯，醫學研究領域的一個關鍵原則就是了解這些途徑從而更加有效地治療疾病。日前，一篇發表在國際雜志Nature Communications上題為“ZNF143 mediates CTCF-bound promoter–enhancer loops required for murine hematopoietic stem and progenitor cell function”的研究報告中，來自新加坡國立大學等機構的科學家們通過研究發現了一種特殊的分子開關，其或能控制細胞開啟基因的表達和關閉的過程，這一過程能夠確保細胞正確且充分地執行其在體內的指定任務。

本文研究或能幫助改善科學家們對正常干細胞發揮功能機制的理解，同時也能幫助闡明某些疾病的發病機制。Tenen教授說道，基于本文研究結果，后期我們將有望理解CTCF-DNA之間結合和基因表達的調節性機制，而這對于調查人類的發育障礙和癌癥發生意義重大；后期研究人員還將繼續深入研究相關蛋白質的分子結構來進一步闡明多種人類疾病的發病機制。綜上，ZNF143-CTCF結合啟動子增強子環或能調節基因表達的模式，這對于維持小鼠造血干細胞和祖細胞的功能及完整性至關重要，此外，研究人員還發現了基因調節的一個共同特征，即ZNF143是CTCF結合啟動子增強子環的關鍵因子。

【3】Stem Cells：衰老生態位可使造血干細胞的“返老還童”？

造血干細胞的衰老可引起與衰老相關的白血病以及相關的免疫重構。在體外使用Cdc42（可導致造血干細胞衰老）活性特異性抑制劑治療衰老的造血干細胞后，將其移植到年輕的受者體內后仍能保持活力。在該研究中Novella Guidi教授團隊確定了衰老生態位對體外再生衰老星狀細胞功能的影響，結果表明，衰老生態位抑制了體外再生造血干細胞的功能，這至少在一定程度上與衰老生態位中發現的低水平細胞因子骨橋蛋白有關，這為我們解決衰老生態位對衰老造血干細胞在體內持續恢復功能的影響提供了思路。

本研究的目的是確定衰老生態位是否可能影響返老還童的造血干細胞的年輕樣功能。研究人員將年老供體（Ly5.1+）的200個造血干細胞在體外+/酪蛋白處理16小時，然后移植到年輕(Y)、年老(A)或年輕骨橋蛋白(OPN)敲除(KO)受體(Ly5.2+)小鼠中。B：年輕、年老OPN KO受體(Ly5.2+)小鼠外周血總白細胞(PB)中老年人供體(Ly5.1+細胞)+/酪蛋白的頻率。C：衰老B細胞+/酪蛋白的頻率。D：衰老T細胞+/酪蛋白。E：年輕、年老的OPN KO受體(Ly5.2+)小鼠PB中供體來源的Ly5.1+細胞中的老年髓系細胞+/酪蛋白。F：年輕、老年和年輕OPN KO受體(Ly5.2+)小鼠供體來源的Ly5.1+LSK細胞中老年LT-HSCs +/ CASIN 在骨髓的頻率。數據基于每組3只受體小鼠的5次重復實驗。

總之，年輕化的老年造血干細胞移植到年輕受體后，其持續的年輕功能依賴于干細胞內在和干細胞外在因素（生態位/微環境）的結合。當再生的老年造血干細胞被移植到年輕小鼠體內時，其衰老的一些特征又會回到衰老的表型。對于某些表型來說，這可能是由于老年生態位中骨橋蛋白水平的降低。因此，為了在體內恢復衰老的造血干細胞，需要考慮生態位對再生造血干細胞的影響。

人胚胎神經干細胞培養保留了區域特征，并概括了PHGGs的轉錄特征。

圖片來源：doi:10.1016/j.stem.2021.01.016

【4】Cell Stem Cell：科學家揭秘人類神經干細胞的區域特性

來自英國愛丁堡大學再生醫學中心和再生與修復研究所Steven M Pollard 教授帶領團隊，在Cell 子刊《Cell Stem Cell》雜志上發表了題為“Regional identity of human neural stem cells determines oncogenic responses to histone H3.3 mutants”的研究論文。

前期研究表明，使用組織衍生細胞模型克服了基于胚胎干細胞（ESC）或誘導多能干細胞（ipsC的模型相關的缺點，這些模型變換無常，需要冗長的分化方案，并導致異質混合物細胞類型。值得注意的是，除了解剖H3.3-癌組蛋白的作用之外，該研究團隊的主要胎兒NSC系的確定的起源和身份也可以促進在特定CNS區室中出現的其他兒科腫瘤的建模，例如成神經管細胞瘤或室管膜瘤。鑒于此，該研究團隊和其他人正在開發大量跨越不同時間和空間特征的人類胎兒NSC細胞系，這些細胞系應該能夠對不同的腦腫瘤驅動因子進行功能性解剖，并提供給研究界。進一步利用該研究團隊的同基因模型，研究人員能夠在相關細胞環境中獲得對H3.3-G34R作用模式的分子見解。通過mRNA分析和組蛋白翻譯后修飾作圖的組合，該研究團隊觀察到H3.3-G34R不會誘導普遍的轉錄或表觀遺傳變化，而是在已經高度表達的基因上起作用，包括關鍵的前腦NSC轉錄因子。這些發現與報道的H3.3-K27M在中線pHGG和小兒肉瘤中存在的其他H3.3驅動突變中的作用形成鮮明對比，其中癌基因似乎引起表觀遺傳景觀的廣泛重置。

總之，該研究團隊的研究結果表明，與人類神經祖細胞區域特征相關的細胞內在程序為不同的H3.3 癌組蛋白提供了獨特的脆弱性，這可能解釋了兒童高級別膠質瘤的獨特解剖分布。現在將需要進一步的工作來充分剖析為什么區域祖細胞狀態對每個H3.3突變具有不同的敏感性，以及是否可以將維持前腦和后腦身份的機制作為治療目的的目標。該研究團隊希望，對關鍵靶細胞群的這種鑒定以及潛在的易感性機制，可能最終導致針對這種破壞性疾病的更有效療法。

【5】Stem Cell Res：胞外特殊的層粘連蛋白或能調節多能干細胞的造血潛能

誘導多能干細胞（iPSCs）的神奇之處在于其能夠大量增殖并分化為所有類型的細胞，以便最初少量的iPSCs能夠用于制造大量的機體細胞；然而，一些細胞已經被證明要比其它細胞更加容易產生和制造，而這對于ipsCs的研究轉化到臨床療法中的成本和花費或許具有重大影響；近日，一篇刊登在國際雜志Stem Cell Research上題為“Extracellular laminin regulates hematopoietic potential of pluripotent stem cells through integrin β1-ILK-β-catenin-JUN axis”的研究報告中，來自日本京都大學等機構的科學家們通過研究發現，一種廣泛存在于人類機體中并用于iPSCs療法的特殊分子—層粘連蛋白(laminin)或許會影響ipsCs的造血分化。

研究人員利用LM511-E8將iPSCs分化出了多種類型血細胞，包括他們給患者機體中輸注的血小板等，這種分化的基礎是研究者10多年前發現的Sac方法。Sac方法主要是針對iPSCs的造血分化，其能夠遵循原條結構、中胚層、血管內皮的狀態來產生造血祖干細胞。換句話說，這種方法能試圖重現天然的造血作用從而產生造血祖細胞，而造血祖細胞是一種所有其它血細胞都能夠衍生的細胞類型。然而這種方法并非沒有缺陷，研究人員注意到，相比ipsCs的數量，他們所獲得的造血祖細胞的數量相當少。

綜上，胞外層粘連蛋白支架或能通過在未分化階段激活ITGB1-ILK-β-連環蛋白-JUN軸來調節造血干祖細胞的的分化潛能；而低濃度的LM511-E8和修飾后的造血干祖細胞-Sac方法聯合后或能獲得較高的造血祖細胞產量以及更高的最終造血率，這就為從一般的造血干祖細胞獲得分化的造血細胞提供了一種非常有用的方案或步驟。

【6】Nature子刊：科學家揭秘造血干細胞的造血機制

表觀遺傳調節因子ASXL1、TET2和DNMT3A的體細胞突變在造血干細胞中被反復檢測到。小鼠中TET2或DNMT3A的缺乏增強了LT-HSCs的自我更新，這表明TET2和DNMT3A的突變誘導造血細胞的克隆擴增，導致人類的克隆性造血。相比之下，小鼠中的ASXL1突變減少了HSCs的數量和功能。

基于此，來自日本東京都港區東京大學醫學研究所細胞治療學系的Makoto Suematsu 教授，帶領團隊將關于造血干細胞的相關研究以“Mutant ASXL1 induces age-related expansion of phenotypic hematopoietic stem cells through activation of Akt/mTOR pathway”為題，于2021年3月23日在線發表在《Nature Communications》雜志上。該研究團隊觀察到年齡相關的造血表型增強，包括貧血、骨髓偏向性分化、低細胞骨髓和表面標記物定義的LT-HSCs在老年ASXL1-MT KI小鼠中的擴增。這些表型通過抑制Akt/mTOR途徑得到部分挽救，表明ASXL1-MT誘導的Akt/mTOR途徑的激活與造血系統的增強老化有關。此外，RNA-序列分析顯示ASXL1-MT促進年齡相關模式的基因表達。這些結果表明ASXL1-MT可能通過激活Akt/mTOR途徑促進HSC衰老。

總之，該研究團隊表明ASXL1-MT與BAP1合作，以表觀遺傳學獨立的方式激活Akt/mTOR途徑。活化的Akt/mTOR途徑導致PlT-HSC在老化過程中異常膨脹，占據HSc室。Akt/mTOR信號過度活躍還會導致線粒體激活、ROS過度產生、DNA損傷增加以及隨后的造血干細胞功能障礙。pLT-HSCs的擴張以及ASXL1突變引起的DNA損傷的增加可導致CH的發展，導致造血系統惡性腫瘤的繼發突變。Akt/mTOR途徑的藥理學抑制可能為攜帶ASXL1突變的先天性心臟病患者的預防性干預鋪平道路。

【7】PNAS：單細胞水平揭示造血干細胞擴增的動態圖譜

在脊椎動物中，胚胎發生期間產生的最早確定的造血干細胞和祖細胞（HSPC的）可以產生多種血液譜系并表現出自我更新的屬性。為建立HSPC池，新生的HSPC將首先遷移到臨時性的造血器官，稱為胎肝（FL，在哺乳動物）或尾造血組織（CHT，在斑馬魚）。臨床上，體外HSPC擴展是獲得足夠的可移植HSPC的可行方法，但在技術上仍然具有挑戰性。因此，解碼造血器官內HSPC擴展的復雜調控機制至關重要。

基于此，中科院動物研究所劉峰課教授團隊在《PNAS》雜志上發表題為“A single-cell resolution developmental atlas of hematopoietic stem and progenitor cell expansion in zebrafish ”的研究論文。該研究團隊揭示了人類胎兒肝臟與斑馬魚CHT之間發育性造血的保守性和差異性。在這項研究中，該研究團隊將scRNA-seq與功能測定結合使用以解碼發育中的CHT。首先，該研究團隊解決了胎兒HSPC異質性，表現為譜系啟動和代謝基因簽名。該研究團隊進一步分析了非造血生態位成分和HSPC之間的細胞相互作用，并鑒定了內皮細胞特異性因子Gpr182，隨后對其在促進HSPC擴展中的作用進行了實驗驗證。最后，該研究團隊揭示了人類胎兒肝臟與斑馬魚CHT之間發育性造血的保守性和差異性。該研究團隊的研究為胎兒HSPC的發展提供了寶貴的資源，并為建立體外HSPC擴展的支持提供了有利的研究基礎。

皮質酮可恢復ADX小鼠正常的毛發周期進展。

圖片來源：Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03417-2

【8】Nature：放輕松也許可以治療脫發！新研究揭示慢性壓力調控毛囊干細胞機制

當美式橄欖球四分衛Aaron Rodgers在一個賽季糟糕的開局后告訴球迷們放松一下時，他幾乎不知道自己這也是給出頭發護理建議。在COVID-19大流行一年后，他的建議現在特別有用。約有四分之一感染新冠病毒的人在癥狀發生六個月后出現脫發，這可能是由于感染和恢復的折磨導致的全身性沖擊。長期以來，慢性壓力（也稱為慢性應激）與脫發有關，但是將壓力與毛囊干細胞功能障礙聯系起來的內在機制尚不清楚。美國哈佛大學的Ya-Chieh Hsu博士及其團隊在一項針對小鼠的新研究中揭示了這種聯系。相關研究結果于2021年3月31日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Corticosterone inhibits GAS6 to govern hair follicle stem-cell quiescence”。

文章中，研究人員首先通過外科手術將腎上腺從小鼠身上移除，以便測試它在調節毛發生長中的作用，其中腎上腺產生壓力激素（也稱為應激激素）并是一種重要的內分泌器官。這些移除腎上腺的小鼠（該團隊稱為ADX小鼠）的毛囊的休止期要短于對照組（少于20天，而對照組為60~100天），毛囊參與毛發生長的頻率大約是對照組的三倍。通過給ADX小鼠喂食皮質酮（一種通常由小鼠腎上腺產生的應激激素），他們能夠抑制這種頻繁的毛發生長并恢復正常的毛發周期。有趣的是，當他們不可預知地對正常小鼠施加各種輕度壓力達九周之久時，他們觀察到皮質酮水平升高，并伴隨毛發生長減少，這支持了腎上腺在慢性壓力下產生的皮質酮抑制毛發生長的想法。

為了了解真皮乳頭如何將這種壓力信號傳遞給HFSC，Hsu團隊對在真皮乳頭中表達的信使RNA（用作蛋白表達的模板）進行了分析。這表明一種稱為GAS6（growth arrest-specific 6）的分泌蛋白可以作為候選分子信使。確實，使用腺病毒載體（基因治療中的一種常用工具）將GAS6遞送到皮膚中不僅刺激了正常小鼠的毛發生長，而且還恢復了慢性應激或皮質酮喂食期間的毛發生長。

【9】Nature子刊：揭示一種化學物混合物可產生大量的肌肉干細胞

在一項新的研究中，來自美國加州大學洛杉磯分校的研究人員鑒定出一種化學物混合物，它能夠大量地產生可以自我更新并可產生所有類型骨骼肌細胞的肌肉干細胞。這一進展可能導致開發基于干細胞的療法，以治療因受傷、年齡或疾病而導致的肌肉損失或損傷。相關研究結果近期發表在Nature Biomedical Engineering期刊上，論文標題為“Skeletal muscle regeneration via the chemical induction and expansion of myogenic stem cells in situ or in vitro”。

肌肉干細胞在人的一生中負責肌肉生長、修復和受傷后的再生。在完全成長的成年人中，肌肉干細胞是靜止的—它們一直處于非活動狀態，直到它們被要求通過自我復制和產生修復受損組織所需的所有細胞類型，對損傷作出反應。但是，隨著人們年齡的增長，這種再生能力會下降；它也會因外傷和杜興氏肌肉營養不良等遺傳性疾病而受到損害。研究者表示，基于肌肉干細胞的療法在改善肌肉再生方面有很大的前景，但是目前產生患者特異性肌肉干細胞的方法可能需要幾個月的時間。”

Li和他的同事們發現了這種化學物混合物—根莖提取物forskolin和小分子RepSox的組合—可以在10天內有效地產生大量的肌肉干細胞。在小鼠研究中，這些研究人員展示了這種化學物混合物可能用作療法的兩種潛在的途徑。第一種方法使用在皮膚中發現的稱為真皮肌原細胞（dermal myogenic cell）的細胞，它們有能力成為肌肉細胞。Li及其團隊發現，用這種化學物混合物處理真皮肌原細胞，可促使它們產生大量的肌肉干細胞，然后所產生的肌肉干細胞可被移植到受傷組織中。

【10】Cell Stem Cell：新發現！核糖體裝配對于造血干細胞的再生非常重要！

近日，一項刊登在國際雜志Cell Stem Cell上的研究報告中，來自費城兒童醫院等機構的科學家們通過研究識別出了通過核糖體組裝進行造血干細胞（HSC，hematopoietic stem cell）再生的關鍵基因，核糖體是細胞中的蛋白質制造工廠，其能將mRNA序列轉化成為氨基酸序列；本文研究結果強調了合適的蛋白質裝配對于干細胞再生的重要性，并識別出了潛在的靶點有望幫助開發治療核糖體病變（ribosomopathies）及誘發骨髓衰竭的兒童障礙的新型療法。

研究者Wei Tong表示，盡管此前研究結果表明，影響核糖體裝配的突變與參與骨髓功能障礙的人類疾病的發生直接相關，但我們并不清楚造血干細胞中核糖體裝配被調節的分子機制以及其是如何誘發疾病發生的。文章中，研究人員識別出了能阻止核糖體在哺乳動物細胞中進行合適裝配進行誘發造血干細胞不足的分子機制，這或許有望未來開發新型的疾病干預策略。

研究人員還發現，在Hectd1缺失的造血干細胞中敲除ZNF622基因或能恢復大亞基和小亞基進行適當結合的能力，從而就會恢復蛋白質的合成和造血干細胞的產生。最后研究者Tong說道，相關研究結果不僅強調了蛋白質降解、核糖體裝配以及干細胞產生之間的關系，而且還揭示了敲除ZNF622從而來恢復機體正常的骨髓功能的重要性，這對于兒童發育至關重要。后期研究人員還希望進一步研究將這種機制作為一種潛在的靶點來幫助開發治療相關疾病的新型療法。