Nature 子刊：高绍荣 / 王译萱团队揭示人多能干细胞转变过程中细胞命运谱系特征

与传统的 primed 多能干细胞相比，人 naïve 多能干细胞捕获了体内胚胎植入前的发育特征，具有更高的可塑性和更好的分化潜能，为早期胚胎发育研究及临床应用提供了独特的模型和资源。

目前获得人 naïve 多能干细胞主要有三种途径：通过植入前胚胎直接建立;将体细胞直接诱导重编程获得或者利用传统的 primed 态多能干细胞诱导转化形成。基于诱导条件的不断完善和优化，科学家实现了对 naïve 态多能干细胞分子特征的系统评估。然而对于 naïve 态建立过程中发生的关键分子生物学事件了解较有限。

最近的一项研究首次描绘了人体细胞至 naïve 多能态过程中的分子重编程轨迹【1】，对于细胞从 primed 态多能性诱导成 naïve 态多能性过程中 （primed-to-naïve） 的细胞亚群变化及关键分子事件仍不清楚。

2022 年 6 月 7 日，同济大学生命科学与技术学院高绍荣/王译萱团队在 Nature Communications 上发表了题为 人类启动到幼稚过渡的细胞命运路线图揭示了植入前细胞谱系特征的研究论文， 首次描绘了人 primed-to-naïve 转变中的细胞命运图谱， 并通过对细胞命运转变过程中关键生物学事件和细胞亚群的深度分析， 发现 primed-to-naïve 转变过程中会出现滋养外胚层样 （TE-like） 和原始内胚层样 （PrE-like） 异质性细胞群体。在前期研究中，研究人员鉴定了人 naïve 多能干细胞特异的表面标志物 ALPG 蛋白，建立了 ALPG-promoter-RFP 报告系统，与公认的 OCT4-ΔPE-GFP 系统相整合建立了精准指征 naïve 态多能性的双荧光报告系统【2】。在本研究中，研究人员首先将该报告系统整合至 primed 态多能干细胞中诱导完成 naïve 态转化，并通过对过程中不同时间点的细胞进行流式分析，描绘了 naïve 多能性建立过程中标志分子表达动态图谱。

随后，他们收集不同时间点上具有不同荧光信号的细胞亚群进行了大量 RNA-seq 和 ATAC-seq 分析，发现在 primed-to-naïve 转变过程中，细胞亚群分别展示出了特异性的 TE 特征和 PrE 特征，伴随着 TE 基因 （GATA2， GATA3 等） 和 PrE 基因 （GATA4， GATA6 等） 的特异高表达和 motif 富集。后续实验结果也发现这些细胞亚群能够分别被诱导成为有功能的滋养层干细胞 （TSC， 滋养层干细胞） 和胚外内胚层细胞 （extra-embryonic endoderm），同时阴性细胞也能够在 naïve 培养条件下最终建立 naïve 态多能性转变为 naïve 态多能干细胞，充分展示了中间细胞亚群的可塑性。

进一步，研究人员采用单细胞测序分析，同样证实在 primed-to-naïve 过程中出现了特异高表达 TE 信号 （TE signature） 和 PrE 信号 （PrE signature） 的细胞亚群，并结合单细胞 RNA 速率分析 （RNA velocity） 以及轨迹推断分析 （PAGA， Partition-based graph abstraction），在单细胞水平上深层次的揭示了细胞亚群的动态变化以及细胞命运转变图谱。

综上所述，此项工作首次揭示了人细胞在 primed-to-naïve 诱导过程中的命运转变图谱，为 naïve 态多能性以及早期胚胎发育的研究提供了重要基础。同时本研究发现 primed-to-naïve 转变过程中特定时间点同时出现滋养外胚层样 （TE-like） 和原始内胚层样 （PrE-like） 的异质性细胞群体，为人类胚胎（blastoid）体外构建提供了重要的研究模型。