Cell Stem Cell：人胚胎干細胞甲基化新認識

日期：2016-02-15 09:17:14

在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校伊萊和伊迪特-布羅德再生醫學與干細胞研究中心的研究人員發現人胚胎發育中的一種重要的自然發生過程，而在實驗室中獲得人胚胎干細胞時，這一過程丟失了。相關研究結果于2016年2月4日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為“Naive Human Pluripotent Cells Feature a Methylation Landscape Devoid of Blastocyst or Germline Memory”。

這一發現為科學家們提供了關于產生用于再生醫學(如細胞移植或器官再生)的干細胞最好方法的至關重要的信息。這一發現也有助于人們對從未受精卵傳遞到胚胎中的信息如何可能影響胚胎的質量，以及隨后的健康嬰兒出生產生深刻認識。

在這項研究中，研究人員著重研究早期的胚胎中和胚胎內產生的干細胞中的DNA甲基化，其中DNA甲基化是一種DNA中自然發生的生化過程。

DNA甲基化在基因信息如何在體內使用中發揮著作用。特定基因的正確DNA甲基化在正常的人體發育中起著至關重要的作用，而且在人一生中，它也一直在維持健康細胞中發揮著至關重要的作用。它也有助于維持胚胎干細胞在體內分化為任何一種細胞的能力。

研究人員獲得了關于DNA甲基化的兩項重要發現。首先，他們發現早期階段的胚胎，即胚泡(blastocyst)，在受精后至少6天時間內保持來自卵子的DNA甲基化譜。在之前的研究中，科學家們曾認為來自卵子的甲基化記憶在受精后只能保持幾個小時。

論文通信作者、加州大學舊金山分校教授Amander Clark說，“我們知道受精后的6天時間在人體發育中起著非常關鍵的作用，很多變化都是這段時間內發生的。目前而言，仍不清楚胚泡為何在這段時間內保持甲基化或它起著什么作用，但是這一發現為人們打開一個新的研究領域：研究卵子中形成的甲基化譜如何影響胚胎質量和健康嬰兒出生。”

研究人員的第二項發現揭示出利用一種最近開發出的方法在盤碟中獲得人胚胎干細胞會導致甲基化丟失。

在早期胚胎中，胚胎發育的胚泡階段持續不到5天的時間。存在于胚泡發育初期的遠沒有成熟的人胚胎干細胞被稱作初始胚胎干細胞(naïve embryonic stem cell)。隨后在植入期間，人們認為這些初始胚胎干細胞到達一種更為成熟的狀態，此時它們被稱作活化胚胎干細胞(primed embryonic stem cell)，這時它們作好準備變成體內任何一種細胞類型。

在首次獲得人胚胎干細胞的1988年，科學家們使用一種產生人活化胚胎干細胞的方法。在此之前，這是一種標準方法。直到最近，科學家們開始使用一種不同的方法來保持這種初始胚胎干細胞狀態。

Clark說，“在過去三年，初始胚胎干細胞一直潛在地被視為優于活化胚胎干細胞。但是我們的數據證實在體外獲得胚胎干細胞的原始方法導致細胞出現問題，如DNA重要位置上的甲基化丟失。因此，在我們有辦法產生處更加穩定的初始胚胎干細胞之前，產生用于再生醫學的胚胎干細胞還是應當處于活化狀態以便獲得最高質量的細胞用于分化。”

為了進一步開展這項研究，研究人員將繼續攜手確定產生初始胚胎干細胞的最佳條件，在此條件下，這些干細胞更加穩定，并且保持基因組中特定位置的甲基化狀態。