Nature：突破！清華大團隊使多能干細胞轉化為全能干細胞

　　在小鼠中，只有來自 2 細胞胚胎的受精卵和卵裂球才是真正的全能干細胞 (TotiSCs)，它們能夠在胚胎和胚胎外組織中產生所有分化的細胞并形成一個完整的有機體。然而，在沒有生殖細胞的情況下，是否以及如何在體外建立代表生命開始的 TotiSCs 仍然具有挑戰性。

　　2022年6月21日，清華大學丁勝、劉康及馬天驊共同通訊在Nature 在線發表題為“Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail”的研究論文，該研究展示了通過三種小分子 TTNPB、1-Azakenpaulllone 和 WS6 的組合對小鼠多能干細胞 (PSCs) 的 TotiSCs 的誘導和長期維持。該研究將這些細胞稱為 ciTotiSCs（化學誘導的全能干細胞），在轉錄組、表觀基因組和代謝組水平上類似于小鼠全能 2C 胚胎期細胞。

　　此外，ciTotiSCs 表現出雙向發育潛力，能夠在體外和畸胎瘤中產生胚胎和胚胎外細胞。此外，在注射到 8 細胞胚胎中后，ciTotiSCs 對胚胎和胚胎外譜系都有高效的貢獻。總之，該研究用于 TotiSCs 誘導和維持的化學方法提供了一個明確的體外系統來操縱和理解全能狀態，從而從非生殖細胞中創造生命。

　　在哺乳動物中，內在全能性是細胞在胚胎和胚胎外組織中產生所有分化細胞并形成有機體的能力。 在小鼠中，只有合子及其直接后代2 細胞期卵裂球是全能的。 隨著胚胎的進一步發育，TotiSCs 不可逆地分化為兩個不同的譜系，滋養外胚層 (TE) 將產生胚胎外胎盤，內細胞團 (ICM) 將產生多能外胚層 (EPI) 和原始內胚層（PrE）。 到目前為止，體外的 TotiSCs 只能通過體外受精或使用生殖細胞的 SCNT 瞬時產生。 因此，從非生殖系體外誘導和維持真實的 TotiSC 代表了創造和理解生命的意義。

　　最近的研究報告了對小鼠 PSC 中某些 2 細胞階段基因表達的細胞的觀察，特別是在存在特定小分子、細胞因子或轉基因的情況下。 2012 年，麥克法蘭等人發現 mESC 和 miPSC 培養物中約 0.1-1% 的細胞表達 MERV-L 和其他一些 2C 特異性基因（稱為 2C 樣細胞/2CLCs），并具有 2C 卵裂球的部分發育潛力。隨后的研究確定了決定 2C 樣狀態的幾個關鍵因素，例如 DUX，并揭示調節這些因素的表達能夠誘導更多的 2CLC。

篩選能夠誘導和維持小鼠全能干細胞的化合物（圖源自Nature ）

　　此外，小鼠擴增的潛在干細胞 (mEPSCs) 是另一種報道的具有胚胎和胚胎外譜系發育潛力的 PSC。然而，mEPSCs 在體內對胚胎外組織的貢獻受到最近一項具有嚴格標準的研究的挑戰。值得注意的是，2CLCs 和 mEPSCs 的轉錄譜實際上更類似于 mESCs 和植入后胚胎，而不是受精卵或 2C 期全能胚胎，因此解釋了它們有限的實際發育潛力而不是全能細胞。

　　迄今為止，從非胚系體外誘導、捕獲和長期維持真實的 TotiSCs 仍然是不可能的。 在這項工作中，確定了三種小分子的組合，它們能夠從 mPSC 中誘導和維持真正的 TotiSC，在轉錄組、表觀基因組、代謝組和胚胎和胚胎外譜系的發育潛力方面與小鼠全能 2C 期胚胎非常相似。

　　清華大學藥學院丁勝教授、劉康助理研究員、馬天驊副研究員為該論文共同通訊作者，丁勝課題組胡妍妍、楊媛媛、譚彭丞為該論文的共同第一作者。清華大學藥學院張玉霞、韓孟夏、王丹、李寅青、余嘉偉、賈澤然、張鑫、胡澤平、姚珂、龐歡歡在不同實驗中給予了重要幫助。本課題研究得到了清華大學實驗動物中心、藥學技術平臺和細胞影像中心的技術支持。該研究得到了科技部“干細胞及轉化研究”重點專項、國家自然科學基金委重點項目和面上項目、清華-北大生命聯合中心、清華大學自主科研計劃等項目的支持。