β-连环蛋白通过非转录机制调控原始条带形成中的细胞存活：揭示早期谱系分化的新机制

本研究针对人类胚胎干细胞(hESCs)向原始条带(PS)分化过程中细胞死亡的动态调控机制不明的问题，通过构建β-连环蛋白(β-catenin)缺陷模型，发现其通过β-catenin-CK1α-DEPTOR-mTORC1-p53轴以非转录依赖方式抑制细胞凋亡，为早期胚胎发育中的命运决定提供了全新视角。论文发表于《Cell Death Discovery》。

　　

在胚胎发育的起始阶段，原始条带的形成标志着原肠胚形成的开始，这一过程中细胞命运决定与细胞死亡的平衡至关重要。尽管已知β-连环蛋白(β-catenin)在原始条带形成中发挥核心作用，但其在细胞存活调控中的非经典功能仍属未知。中国科学院和同济大学的研究团队通过人类胚胎干细胞(hESCs)分化模型，揭示了β-catenin通过非转录机制维持细胞存活的新机制。

研究采用CRISPR/Cas9基因编辑构建β-catenin缺陷hESCs，结合RNA测序、蛋白质互作分析和功能回复实验，发现PS诱导早期出现的短暂性细胞死亡高峰与β-catenin积累动态相关。β-catenin缺陷导致mTORC1异常激活，通过p53线粒体易位引发凋亡，而这一过程独立于其经典的转录激活功能。

β-catenin是PS诱导早期死亡限制的关键因子
通过流式细胞术发现野生型hESCs在PS诱导8小时出现细胞死亡高峰，而β-catenin缺陷细胞(β-cat^-/-)死亡率持续升高。免疫荧光显示β-catenin积累与p53活化呈时间负相关，p53敲除可挽救β-cat^-/-细胞的死亡表型。

死亡抑制机制独立于转录活性
RNA-seq分析显示β-cat^-/-与野生型细胞的差异基因与凋亡通路无直接关联。过表达缺失C端转录结构域的β-catenin(β-cat-ΔC)仍能抑制细胞死亡，证实该功能不依赖转录调控。

β-catenin通过mTORC1抑制调控p53线粒体易位
磷酸化激酶阵列发现β-cat^-/-细胞中mTOR-Ser2448等位点磷酸化增强。机制研究表明β-catenin通过ARM结构域捕获CK1α，稳定DEPTOR从而抑制mTORC1，减少p53线粒体定位并促进线粒体自噬。

存活与转录功能的协同作用保障PS形成
仅同时保留ARM结构域和C端转录活性的β-catenin能支持hESCs完成向心肌细胞的分化，说明细胞存活窗口为谱系特异性基因积累提供了必要条件。

这项研究首次阐明了β-catenin在早期发育中的双重调控机制：通过非经典途径维持细胞存活，同时通过经典转录活性驱动命运决定。该发现不仅解释了β-catenin缺陷胚胎中原始条带发育异常的现象，还为再生医学中的定向分化策略提供了新靶点。论文创新性地将WNT信号、细胞死亡与代谢调控网络联系起来，发表于《Cell Death Discovery》2025年第11卷。

关键技术方法包括：1) CRISPR/Cas9构建基因编辑hESC系；2) 流式细胞术定量细胞死亡动态；3) 磷酸化蛋白质阵列筛选关键信号节点；4) 免疫共沉淀验证β-catenin-CK1α-DEPTOR复合物形成；5) 线粒体分离技术分析p53亚细胞定位。实验使用H1和H7两种hESC系，所有测序数据已公开。

研究结果部分：
β-catenin在PS诱导早期快速积累
Western blot显示β-catenin在诱导2小时即显著上调，与AXIN2、TBXT等PS标志基因表达同步。

p53介导线粒体凋亡途径
免疫荧光显示β-cat^-/-细胞中BAX激活增强，线粒体p53积累，而p53抑制剂PFT-μ可特异性挽救细胞死亡。

ARM结构域是功能核心
截断实验证实β-catenin通过ARM结构域结合CK1α，减少DEPTOR泛素化降解，从而抑制mTORC1活性。

这项由Peng Zhang和Huang-Tian Yang团队完成的研究，为理解早期发育中细胞存活与分化的协调机制提供了范式转变，相关调控模块可能成为胚胎发育障碍疾病的干预靶点。