JBC两篇干细胞文章受关注

　　

生物通报道：

TGF-β信号超家族在决定人类胚胎干细胞中的作用

来自中国科学院上海生命科学研究院生化与细胞所干细胞生物学重点实验室（Key Laboratory of Stem Cell Biology），山东师范大学生科院，以及约翰霍普金斯大学医学院的研究人员获得了人类胚胎干细胞定向分化和人类早期胚胎发育的机理方面的研究进展，发现了TGF-β信号超家族在决定人类胚胎干细胞的命运方面扮演的重要角色。这一研究成果公布在《The Journal of Biological Chemistry》上。

文章的通讯作者是上海生科院的肖磊博士，其早年毕业于武汉大学生物系，后于德国慕尼黑大学获得博士学位，2003年进入约翰霍普金斯大学医学院进行人类胚胎干细胞多能性的维持机理及分化方法的研究。主要研究方法为人类胚胎干细胞多能性维持的机理，人类胚胎干细胞的定向分化，及移植等。参与这一研究的还包括约翰霍普金斯大学程临钊博士及其实验室博士后陈桂彬博士，研究生吴昭和张炜。

在人类早期胚胎发育过程中，囊胚期的胚胎中的细胞发生了第一次命运分化，即向形成胚胎的内细胞团或者形成胚外组织的滋养外胚层进行分化。人类胚胎干细胞的建立为我们研究人类早期胚胎发育提供了一个独一无二的模型。

在这篇文章中，研究人员利用人类胚胎干细胞为研究模型，分析了人类胚胎干细胞定向分化和人类早期胚胎发育的机理，获得了人类胚胎干细胞命运调控的最新研究成果。研究发现，TGF-β信号超家族(包括Activin/Nodal 亚家族和BMP亚家族)成员对于人类胚胎干细胞的命运决定起着分子开关的作用。Activin/Nodal 亚家族成员维持人类胚胎干细胞的全能性。当其被抑制时，人类胚胎干细胞向滋养外胚层分化。而且BMP亚家族信号的激活对于滋养外胚层的分化也是必不可少的。该项研究工作为人类胚胎干细胞的定向分化和人类发育生物学的研究提供了新的信息。

干细胞中线粒体和肿瘤形成的关系

研究者们新近报道了一种存在于干细胞中的未知关系，即分化潜能与线粒体代谢效率之间的联系，后者是一种细胞的能量标志。干细胞的线粒体活性越强，它所拥有的分化能力就越高，而且形成肿瘤的可能性也更大。

这项发现能为从机体中富集适合治疗用途的干细胞提供方法，也能为干细胞在癌症中的作用研究提供信息。

该研究由国家心、肺、血液研究所（NHBLI）的Toren Finkel及其同事完成，他们以线粒体功能为指标，筛选小鼠的胚胎干细胞（检测线粒体质膜内外的电压差，类似于神经活性的检测），并且发现从外观上和干细胞关键标志因子的表达量上，都很难区别干细胞代谢水平的高低。

然而，这两种代谢水平不同的细胞移植到小鼠体内之后却表现出相反的特征，代谢率低的细胞分化为其他细胞的效率较高，而代谢率高的细胞则更倾向于分裂增殖，并形成畸胎瘤，这是一种由不同类型组织混合而成的肿瘤类似物。

干细胞会形成畸胎瘤的问题是其临床应用的一大障碍，此项结果至少从一个方面揭示了其中的机理。实际上，当Finkel及其同事将线粒体抑制剂雷帕霉素注入代谢率高的细胞时，它们形成畸胎瘤的能力就会显著降低。

尽管这项研究工作是在小鼠细胞中完成的，但研究者们认为在人的干细胞中也存在类似的关系。因此，开发一种能够去除高代谢率干细胞的方法能够提高干细胞应用的安全性。

原文摘要：

Mitochondrial metabolism modulates differentiation and teratoma formation capacity in mouse embryonic stem cells

Relatively little is known regarding the role of mitochondrial metabolism in stem cell biology. Here we demonstrate that mouse embryonic stem cells sorted for low and high resting mitochondrial membrane potential (DeltaPsi(m)L and DeltaPsi(m)H) are indistinguishable morphologically and by the expression of pluripotency markers, whereas markedly differing in metabolic rates. Interestingly, DeltaPsi(m)L cells are highly efficient at in vitro mesodermal differentiation yet fail to efficiently form teratomas in vivo, whereas DeltaPsi(m)H cells behave in the opposite fashion. We further demonstrate that DeltaPsi(m) reflects the degree of overall mammalian target of rapamycin (mTOR) activation and that the mTOR inhibitor rapamycin reduces metabolic rate, augments differentiation, and inhibits tumor formation of the mouse embryonic stem cells with a high metabolic rate. Taken together, our results suggest a coupling between intrinsic metabolic parameters and stem cell fate that might form a basis for novel enrichment strategies and therapeutic options.