PNAS：通过mRNA传递打破干细胞通讯障碍

一项新的研究表明，信使RNA可以通过类似隧道的结构在不同类型的干细胞之间传播。通过研究小鼠和人类干细胞之间的相互作用，他们发现这种RNA转移可以将人类细胞重新编程到更早的发育状态。这一突破性的发现不仅揭示了一种未被充分探索的细胞通信形式，而且在不使用人工基因修饰或外部化学物质的再生医学中也有很好的应用前景。

　　

细胞间的通讯在生命的所有形式和阶段都是必不可少的，许多通讯机制都得到了很好的研究。然而，在过去的几年里，科学家们发现越来越多的证据表明，携带遗传信息并调节基因表达的RNA也参与了细胞间的交流。

信使RNA （mRNA）的一种传递方式是通过细胞外囊泡。细胞分泌含有生物分子（包括RNA）的小膜状囊泡，这些生物分子被附近的细胞吸收。一个鲜为人知的mRNA转移机制涉及细胞接触时形成的管状结构。然而，关于这种mRNA运动的报道很少，这种类型的通讯在干细胞中的生物学意义仍然是一个谜。

在这种背景下，日本东京科学研究所Takanori Takebe教授领导的研究小组研究了不同类型干细胞之间mRNA转移的机制和作用。他们的研究结果发表在2025年《美国国家科学院院刊》第122卷第4期。

为了更容易地检测从一个细胞到另一个细胞的mRNA运输，研究人员采用了共培养实验系统。简单地说，他们将小鼠胚胎干细胞（mESCs）与人多能干细胞（hPSCs）一起培养。Takebe解释说：“当我们出于不同的目的开始这种共培养时，我们几乎偶然发现了这种意想不到的mRNA转移现象，因为我们可以根据小鼠和人类之间的基因序列差异区分内源性表达基因和横向转移mRNA。”

利用该实验系统，结合RNA成像分析和小鼠特异性基因表达分析，研究小组发现，在共培养过程中，来自mESCs的mRNA进入了hPSCs。对这种转移mRNA的深入分析表明，编码与转录、翻译和应激反应相关的分子的mRNA从小鼠细胞转移到人类细胞。他们还证明，这种mRNA的传递是通过在小鼠和人类细胞之间形成的隧道状膜延伸结构发生的，这种结构被称为“隧道纳米管”。

接下来，研究人员研究了这种转移的mRNA对接收细胞的生物学效应。值得注意的是，他们发现引物的人造血干细胞可以恢复到所谓的“naive”状态。换句话说，人类细胞在分化过程中回到了早期的胚胎阶段。这表明mRNA在不同的哺乳动物干细胞之间移动具有显著的生物学影响，而不仅仅是移动，甚至是细胞命运转换。该团队还确定了几个关键的转录因子参与这一过程，具有多能状态维持的基本功能。

综上所述，本研究的结果揭示了细胞间mRNA转移的重要性。第一作者Yoneyama说：“这项研究提供了对细胞间通讯新机制的见解，说明了细胞群如何与周围环境协调共存，从而促进了我们对生物现象的理解。”武部总结道：“我们希望我们的发现有助于开发新的细胞命运控制技术，这种技术不依赖于人工基因导入或化合物。”这些技术可能会导致再生医学和新药的新治疗策略。

进一步的努力将需要完全掌握细胞间通信的复杂性，武部的团队已经期待着追求这一令人兴奋的研究方向。