Nature：突破！清华大团队使多能干细胞转化为全能干细胞

　　在小鼠中，只有来自 2 细胞胚胎的受精卵和卵裂球才是真正的全能干细胞 (TotiSCs)，它们能够在胚胎和胚胎外组织中产生所有分化的细胞并形成一个完整的有机体。然而，在没有生殖细胞的情况下，是否以及如何在体外建立代表生命开始的 TotiSCs 仍然具有挑战性。

　　2022年6月21日，清华大学丁胜、刘康及马天骅共同通讯在Nature 在线发表题为“Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail”的研究论文，该研究展示了通过三种小分子 TTNPB、1-Azakenpaulllone 和 WS6 的组合对小鼠多能干细胞 (PSCs) 的 TotiSCs 的诱导和长期维持。该研究将这些细胞称为 ciTotiSCs（化学诱导的全能干细胞），在转录组、表观基因组和代谢组水平上类似于小鼠全能 2C 胚胎期细胞。

　　此外，ciTotiSCs 表现出双向发育潜力，能够在体外和畸胎瘤中产生胚胎和胚胎外细胞。此外，在注射到 8 细胞胚胎中后，ciTotiSCs 对胚胎和胚胎外谱系都有高效的贡献。总之，该研究用于 TotiSCs 诱导和维持的化学方法提供了一个明确的体外系统来操纵和理解全能状态，从而从非生殖细胞中创造生命。

　　在哺乳动物中，内在全能性是细胞在胚胎和胚胎外组织中产生所有分化细胞并形成有机体的能力。 在小鼠中，只有合子及其直接后代2 细胞期卵裂球是全能的。 随着胚胎的进一步发育，TotiSCs 不可逆地分化为两个不同的谱系，滋养外胚层 (TE) 将产生胚胎外胎盘，内细胞团 (ICM) 将产生多能外胚层 (EPI) 和原始内胚层（PrE）。 到目前为止，体外的 TotiSCs 只能通过体外受精或使用生殖细胞的 SCNT 瞬时产生。 因此，从非生殖系体外诱导和维持真实的 TotiSC 代表了创造和理解生命的意义。

　　最近的研究报告了对小鼠 PSC 中某些 2 细胞阶段基因表达的细胞的观察，特别是在存在特定小分子、细胞因子或转基因的情况下。 2012 年，麦克法兰等人发现 mESC 和 miPSC 培养物中约 0.1-1% 的细胞表达 MERV-L 和其他一些 2C 特异性基因（称为 2C 样细胞/2CLCs），并具有 2C 卵裂球的部分发育潜力。随后的研究确定了决定 2C 样状态的几个关键因素，例如 DUX，并揭示调节这些因素的表达能够诱导更多的 2CLC。

筛选能够诱导和维持小鼠全能干细胞的化合物（图源自Nature ）

　　此外，小鼠扩增的潜在干细胞 (mEPSCs) 是另一种报道的具有胚胎和胚胎外谱系发育潜力的 PSC。然而，mEPSCs 在体内对胚胎外组织的贡献受到最近一项具有严格标准的研究的挑战。值得注意的是，2CLCs 和 mEPSCs 的转录谱实际上更类似于 mESCs 和植入后胚胎，而不是受精卵或 2C 期全能胚胎，因此解释了它们有限的实际发育潜力而不是全能细胞。

　　迄今为止，从非胚系体外诱导、捕获和长期维持真实的 TotiSCs 仍然是不可能的。 在这项工作中，确定了三种小分子的组合，它们能够从 mPSC 中诱导和维持真正的 TotiSC，在转录组、表观基因组、代谢组和胚胎和胚胎外谱系的发育潜力方面与小鼠全能 2C 期胚胎非常相似。

　　清华大学药学院丁胜教授、刘康助理研究员、马天骅副研究员为该论文共同通讯作者，丁胜课题组胡妍妍、杨媛媛、谭彭丞为该论文的共同第一作者。清华大学药学院张玉霞、韩孟夏、王丹、李寅青、余嘉伟、贾泽然、张鑫、胡泽平、姚珂、庞欢欢在不同实验中给予了重要帮助。本课题研究得到了清华大学实验动物中心、药学技术平台和细胞影像中心的技术支持。该研究得到了科技部“干细胞及转化研究”重点专项、国家自然科学基金委重点项目和面上项目、清华-北大生命联合中心、清华大学自主科研计划等项目的支持。