多能干細胞模擬了早期哺乳動物體外發育的某些特征。中等供給的營養能影響自我更新、譜系規范和多能干細胞的早期分化。然而，哪些特定的營養素支持這些不同的結果，以及它們的作用機制，仍在積極的研究中。在這里，作者評估了影響多能干細胞命運的營養物質及其代謝轉化的可用數據。作者還討論了在這一基礎和實際重要性日益增加的快速擴展領域中有待研究的關鍵問題。
多能干細胞(PSCs)在體外可自我更新或在特定的線索下分化為三種初級生殖譜系。多能性的一個定義特征是細胞身份的顯著可塑性，導致在組織工程、再生醫學和早期胚胎發育研究中的潛在應用。在考慮到PSCs的命運時，作者將多能/自我更新干細胞定義為表達核心多能轉錄因子(包括OCT4、NANOG、SOX2等)的細胞，分化為核心多能轉錄因子的沉默與譜系指定生物標志物的獲得。
在功能上，定義PSCs的兩個主要標志是囊胚嵌合和畸胎瘤形成，它們分別測試在體內重新進入宿主胚胎發育的能力和三個胚層的自發生成。這里特別有趣的是，研究表明，供應的營養物質，無論是否有細胞內加工，在PSC身份和細胞命運轉變中具有積極的、指導作用。例如，營養物質通過糖酵解、三羧酸(TCA)循環和單碳代謝產生中間代謝物，用于修飾PSC表觀基因組、染色質結構和基因表達的反應。
除了將PSC產生的中間代謝物與表觀基因組修飾聯系起來的研究外，關于營養物質(包括糖、氨基酸、脂質等)在控制PSC命運中的作用，仍存在許多有趣的問題。例如，最近的結果表明，營養物質也可以通過不包括合成代謝或分解代謝途徑的代謝通量的機制來影響PSC的命運。這些研究的一個潛在解釋是，特定的營養信號在微環境中先于或伴隨控制PSC命運的觸發器。從這個角度來看，作者通過代謝轉化和營養觸發信號來研究營養物質對PSC命運的貢獻。
對哺乳動物著床前胚胎在化學定義的培養基中生長的研究表明，某些單獨的營養物質，而不添加生長因子，可以誘導細胞身份轉變。結果表明，特定生態位營養素的存在可以啟動PSC的命運，而不僅僅是支持預先建立的PSC命運。其他研究還表明，特定營養物質通過影響命運指定的轉錄程序、酶介導的染色質變化和/或營養敏感信號，增強了預先建立的多能性/自我更新和分化命運。總之，這些研究表明，相同的營養物質可以啟動或支持PSC的命運，其影響取決于環境，如多能性狀態、培養基條件和定時添加或剝奪營養物質。
特定的營養剝奪或添加不會在體內自然發生，但在體外營養變化提供了一個有價值的實驗工具。例如，定時從PSC培養基中提取谷氨酰胺對PSC的命運有不同的影響。短期谷氨酰胺去除高度依賴谷氨酰胺的細胞TCA循環間質，并富集存活的小鼠胚胎干細胞(mESCs)和人PSCs (hPSCs)，并增加多能轉錄因子OCT4和SOX2的表達。
相反，其他研究表明，高水平的谷氨酰胺代謝阻止了OCT4的降解，并保存了hPSC的自我更新。長期谷氨酰胺剝奪也會導致更多的氧化PSCs死于TCA循環活性和氧化磷酸化(OXPHOS)。在這種情況下，谷氨酰胺的退出提供了一種策略，以消除PSCs和富集hscs來源的心肌細胞或增強內皮細胞的血管生成能力。這些結果表明，短期谷氨酰胺戒斷后的飽食消除了更多的氧化PSCs，并產生了更均勻的PSCs，具有更高的多能轉錄因子表達。因此，操縱谷氨酰胺暴露在PSC培養中的時間可以控制PSCs或非多能細胞是否富集。
營養感知途徑影響多能干細胞的命運
隨著研究興趣的增加，關于多能性中營養敏感信號的報道越來越多，但將營養可用性、營養敏感信號和PSC結局結合起來的研究仍然有限。將PSC結果中的營養可用性和信號轉導聯系起來的額外數據的出現，有望提供關于母親飲食/營養不良、代謝紊亂和/或胚胎微環境如何影響哺乳動物發育的信息。
