HAND1通过猿类特异性LTR结合调控人类胚胎外间充质细胞分化的机制研究

本研究揭示了转录因子HAND1通过结合猿类特异性长末端重复序列（LTR2B）调控人类诱导多能干细胞（iPSCs）向胚胎外间充质细胞（ExMC）分化的关键机制。作者建立了高效的ExMC体外分化体系，发现HAND1缺失会导致细胞滞留在滋养层谱系，而TGF-β信号通路激活可促进ExMC特化。研究首次证实ExMC能形成支持多能性维持的微环境，为理解人类早期发育的进化创新提供了重要模型。文中涉及的LTR介导的基因调控机制和ANKS1A新剪接变体的发现，为研究灵长类特异性发育特征提供了新视角。

　　

在人类早期发育过程中，胚胎外间充质细胞（ExMC）的形成展现出显著的物种差异。与小鼠不同，人类ExMC在植入前就已出现，但其细胞起源一直未明。这项突破性研究通过建立人类诱导多能干细胞（iPSCs）分化模型，揭示了ExMC发育的分子机制和进化特征。

研究发现，在BMP4和FGFR抑制剂处理的iPSCs分化过程中，ExMC与滋养层细胞共享前体细胞群。单细胞转录组分析显示，这些前体细胞具有与人类囊胚滋养外胚层相似的基因表达特征。通过优化培养条件，研究团队成功建立了两种分化方案：一种富集滋养层细胞，另一种则特异性诱导ExMC。

转录因子HAND1被确定为特化的关键调控因子。HAND1缺失会导致细胞无法向ExMC分化，而继续沿滋养层谱系发育为原始合胞体（PrSyn）。染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）发现，HAND1主要结合在ExMC谱系特异性基因的启动子区域，其结合位点富含CCAGA基序。值得注意的是，约16%的HAND1结合位点位于转座元件，其中LTR2B亚类显著富集。

LTR2B是猿类特异性内源性逆转录病毒序列，在人类基因组中仅有353个拷贝。研究发现，HAND1结合的LTR2B既能作为增强子调控下游基因（如ACTC1、FUT8），也能作为启动子产生新的转录本。其中，ANKS1A基因内含子中的LTR2B插入事件产生了ExMC特异性短异构体，该异构体缺失了N端的重复结构域，但保留了SAM和PTB结构域。通过CRISPR-Cas9敲除ANKS1A中的LTR2B序列，证实这一异构体对ExMC的特化至关重要。

从功能角度看，ExMC能够分泌多种生长因子（FGF2、NOG、INHBA等）和细胞外基质成分，形成支持多能干细胞维持的微环境。这与植入期胚胎中ExMC可能通过PTN-PTPRZ1等信号轴支持上胚体发育的生物学功能相吻合。研究还发现，ExMC与滋养层细胞之间存在潜在的双向交流，如滋养层产生的孕酮可能通过PAQR8受体影响ExMC。

这项研究不仅阐明了人类ExMC发育的分子机制，还揭示了LTR介导的进化创新如何塑造灵长类特有的发育特征。所建立的iPSC-ExMC分化体系为研究早期妊娠失败等相关疾病提供了重要模型，也为理解上皮-间质转化（EMT）的调控机制提供了新思路。这些发现深化了我们对人类早期发育独特性的认识，为生殖医学和再生医学研究开辟了新途径。