NANOG

“早上困，中午困，下午困，晚上一拿手机就不困”“熬最长的夜，敷最贵的面膜”“三点睡五点起，阎王夸我好身体”......成了不少年轻人/打工人的真实写照。睡眠的重要性不言而喻，但随着社会飞速发展以及生活节奏加快，“拼命十三郎”们只能舍弃睡眠时间，转而投入996甚至007的“社畜”工作中。 除了繁忙的工作压缩了睡眠时间外，一个更常见的现象是“报复性熬夜”——白天被各种琐事儿缠身，只有当晚上躺在床上的那一刻，时间才开始属于自己，接着就是“无止境”的熬夜。当从手机中“缓过神”的时候，发现自己根本睡不了几个小时又要搬砖了！ 今年最新发布的《2024中国居民睡眠健康白皮书》显示，我国居民的平均睡眠时长为6.75小时，甚至有28%的人夜间睡眠时长不足6小时。睡不着、睡不深、睡不够等问题困扰着越来越多的人。 正如大家调侃得那样“晚上不睡，白天崩溃”，崩溃的不仅是精神，还有身体的方方面面——熬夜使得主要心血管不良事件的风险提升92%；增加海马体中抑制神经元活动，破坏记忆巩固；导致癌症的发生等等。早在2007年，国际癌症研究机构（IARC）就把熬夜（包括昼夜节律打乱的轮班工作）定义为2A类致癌物。 近日，来自大连医科大学的研究团队揭示了睡眠不足成为癌症“铺路石”的详细机制——具体来说，当机体睡眠不足时，脂肪酸氧化能够感知到昼夜节律的紊乱，并进一步传递到致癌代谢信号，增强癌症干性和肿瘤发生。但好消息是，有改善方法！ DOI: 10.1016/j.cmet.2024.04.018 “睡眠不足会扰乱昼夜节律”并不是新闻，睡眠不足（SD）会引发多种病理过程，包括：免疫功能紊乱、新陈代谢失调，以及过早死亡。而这种昼夜节律的紊乱同样会作用于癌症发展过程，比如：改变葡萄糖、谷氨酸、胆汁酸和脂质代谢等诸多代谢，进而刺激肿瘤生长、转移和免疫逃逸。但其中的具体机制仍不清楚，也是本次研究的焦点。 第一步，研究者定位到生物机体内感知昼夜节律的关键一环——脂肪酸氧化（FAO）。 具体来说，研究者首先发现，与对照组小鼠相比，SD组有着更长的清醒时间，以及更短的非快速动眼（NREM）和快速动眼（REM）睡眠。由此可见，睡眠不足确实会导致小鼠昼夜节律发生紊乱。 紧接着，研究者分析了野生型C57BL/6J小鼠在SD和对照组培养4周后肺组织中的转录组和代谢组的差异。RNA测序结果显示，3284个基因在SD之后失去了昼夜振荡，而这些基因与脂质代谢的生物过程高度相关，尤其是FAO。 FAO是指，利用脂肪酸转化成的乙酰辅酶A（CoA）亚基来进一步生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）、乙酰-CoA和三磷酸腺苷（ATP），参与到产生能量、氧化还原平衡和生物合成反应的过程中。事实上，与FAO相关的代谢酶和代谢物表现出生物节律，以维持生理功能的平衡。 对比SD组和对照组发现，对照组的FAO基因显示出节律模式，但SD组的FAO基因则出现了明显的紊乱。同时，进一步的超高效液相色谱/质谱分析显示，SD小鼠肺组织中振荡脂质代谢物的数量明显减少，并找到了47种节律紊乱的脂质代谢物，其中游离脂肪酸（FFAs）占比最大。 由此可见，FAO能在基因表达和代谢功能水平上感知到SD诱导的生理状态节律紊乱。 FAO能感知到SD情况下的昼夜节律紊乱 第二步，找到FAO在SD促癌过程中担任的“角色”。 与对照组对比，SD明显加速了肺癌的发生和发展，包括促进肺肿瘤的形成、提高Ki-67和CD166的蛋白水平，同时还会在mRNA和蛋白水平上增加MYC、SOX2、CD166和NANOG的表达。 类似的情况也发生在患者源性异种移植模型中，SD导致肿瘤体积明显增加，降低肿瘤小鼠的存活率，并提高了肿瘤组织中干性标记物的表达。 当研究者对肺肿瘤进行RNA-seq分析后发现，SD显著上调了827个基因，而这些上调的基因主要属于脂肪酸代谢过程，尤其是FAO。同时，SD组的肿瘤组织中FAO基因表达量明显高于对照组的，并表现出了节律紊乱。 为了进一步确认FAO在整个过程中的重要作用，研究者给小鼠注射了FAO抑制剂依托莫西（ETO）。结果并不令人意外，ETO逆转了SD增强的肿瘤发生，还阻碍了肺癌中Ki-67、CD166、乙酰-CoA和ATP水平的升高，即ETO逆转了SD增加的肿瘤形成率。 总结来说，FAO感知昼夜节律紊乱是SD增强肺癌干性的基础；相反，当FAO受到抑制，肿瘤进展也会被阻碍。 FAO昼夜节律紊乱维持SD诱导的肺肿瘤病变 第三步，详细定位到FAO节律紊乱维持SD诱导肺癌干性过程中的关键分子。 对比两组情况，研究者定位到13个可能导致SD引起的致癌FAO节律紊乱的常见基因。进一步，在这13个基因中发现，Acsl1 mRNA水平在SD处理的肺肿瘤中显著升高；类似的情况还出现在患者源性异种移植模型里，ACSL1蛋白表达同样有所增加。 那么，ACSL1是不是我们要找的关键分子呢？当研究者敲除了Ascl1之后，SD促进肺癌进展的作用被阻断了，Ki-67、CD166和ACSL1的表达也趋于平常，再一次证实了ACSL1是SD增强肺肿瘤发生和发展的必要条件。 于是，研究者进一步的分析了“可能作为ACSL1底物和产物的长链FAO代谢物”。鉴于棕榈酸（PA）是最主要的饱和脂肪酸，也是长链饱和或不饱和脂肪酸的前体，研究者将目光投向了PA及其代谢产物PA-CoA。 ACSL1具有将PA转化为PA-CoA的能力，而PA-CoA将以棕榈酰肉碱的形式进一步转运到线粒体中，以促进FAO的过程。而本实验结果表明，睡眠不足会扰乱了ACSL1的节律使得更多的PA转化为PA-CoA，从而促进FAO，导致肺癌生长的加速和干性特征的维持。 除此之外，ACSL1还能感知到SD诱导的CLOCK节律失常，同样能促进肺癌的发生。 睡眠不足致癌的信号通路 当然，好消息是，研究者找到了解“癌”方案——β-内啡肽。 在14种与睡眠相关的激素中，研究者发现，注射了β-内啡肽能够显著下调肺癌细胞系中的CLOCK和ACSL1 mRNA的表达，而连续给药甚至能逆转SD诱导的肿瘤生长。 为了评估上述发现的临床价值，他们还开展了前瞻性和回顾性的临床研究，评估了血清β-内啡肽水平、睡眠质量与肺癌发展之间的临床相关性。结果令人“鼓舞”，血清β-内啡肽水平与深度睡眠和REM的比例呈正相关，而与清醒次数呈负相关，即β-内啡肽水平能够很好地预测睡眠质量。 不仅如此，对62例肺癌患者开展的回顾性分析显示，β-内啡肽水平与CLOCK、ACSL1、CD166和Ki-67评分呈负相关，呈现出抗肿瘤效果；而生存期分析结果表明，血清中的高β-内啡肽水平具有较好的预后价值。 临床试验中β-内啡肽水平与指标之间的影响 综上所述，睡眠不足会促进癌症的生长、转移和免疫逃逸，而在这个过程中，FAO的节律紊乱发挥了重要的作用。不过好消息是，补充β-内啡肽或能有效地规避这一风险。 因此，“睡眠不足，癌症来找”是有科学依据的。睡眠的重要性不言而喻，不如就从今天开始早睡计划吧！ 参考资料： [1]Peng F, Lu J, Su K, Liu X, Luo H, He B, Wang C, Zhang X, An F, Lv D, Luo Y, Su Q, Jiang T, Deng Z, He B, Xu L, Guo T, Xiang J, Gu C, Wang L, Xu G, Xu Y, Li M, Kelley KW, Cui B, Liu Q. Oncogenic fatty acid oxidation senses circadian disruption in sleep-deficiency-enhanced tumorigenesis. Cell Metab. 2024 May 14:S1550-4131(24)00138-4. doi: 10.1016/j.cmet.2024.04.018. Epub ahead of print. PMID: 38772364. 撰文 | Swagpp 编辑 | Swagpp ● 重磅！科主任训话：卫健委鼓励医护兼职创业，不是让你去摆摊、送外卖！要和医疗相关！上了热搜后，他从医院离职了！医护兼职到底能干啥？ ● 阿司匹林再添新用！JAMA最新：仅低剂量服用，能使肝脏脂肪减少10.2%、糖尿病风险降15%！ ● 热议！阳光绩效实行，医生工资升，护士工资降？护士透露：从9千多降到2千多，不怕本科护士全跑光？护士有400万缺口，不能厚此薄彼 版权说明：梅斯医学（MedSci）是国内领先的医学科研与学术服务平台，致力于医疗质量的改进，为临床实践提供智慧、精准的决策支持，让医生与患者受益。欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。 点击下方「阅读原文」 立刻下载梅斯医学APP！

合子基因组激活(zygotic genome activation, ZGA)作为生命起始后的第一个转录事件，是启动胚胎发育程序、推动早期胚胎发育由母源基因组控制转变为合子基因组控制的重要转折点。 由于研究材料有限，人们对 ZGA 的发生机制(尤其是在哺乳动物中)的发生机制知之甚少。随着单细胞和微量细胞基因表达和染色质分析技术的快速发展，近些年研究发现伴随ZGA的发生，表观基因组和转录组会经历剧烈的重编程现象。参与ZGA启动的多类调控因子也被陆续鉴定出来。这些ZGA调控因子具体是如何协同调控ZGA发生的？它们在其中分别起到了什么作用？伴随ZGA发生的表观遗传重编程现象是否也参与ZGA？这些问题均是领域内的热点研究问题。 2024年8月19日，清华大学生命科学学院颉伟团队在《欧洲分子生物学学会报告》(EMBO Reports)杂志发表题目为 “启动合子基因组：许可因子，特异因子及其他调控因子” (Kick-starting the zygotic genome: licensors, specifiers, and beyond) 的特邀综述文章。该综述将调控ZGA的因子总结为了两类：一类为ZGA许可因子(Licensors)，它们参与控制ZGA事件是否能被允许发生以及何时发生 ；另一类是特异性决定因子(Specifiers)，它们在ZGA过程决定了哪些基因被特异性激活。 该综述基于多个物种ZGA调控机制的相关研究，总结了ZGA许可因子和ZGA特异因子以及它们的工作机制，并讨论了表观遗传重编程对于ZGA的作用，为深入理解ZGA激活机制提供了新的见解。 作者首先讨论了ZGA附近的染色质重编程以及相关表观遗传调控因子在ZGA中的作用，包括DNA甲基化、组蛋白修饰(Histone acetylation，H3K4me3, H3K27me3 and H2AK119ub, H3K9me3等)、组蛋白变体的重编程，以及染色质重塑因子、染色质三维结构重编程在其中的作用。该综述进一步总结了各个物种中已知的ZGA 关键转录因子，包括果蝇中的Zelda、GAF、CLAMP，斑马鱼中的Nanog、 Pou5f3 、Sox19b，小鼠中的OBOX, DUX家族蛋白，人中的TPRX家族蛋白等，回顾了它们的发现和工作机制，并讨论了部分关键转录因子与重复序列之间的关系。 转录因子对于ZGA非常关键，但是过表达转录因子并不能提前引发ZGA发生。很多证据表明存在一类因子能够参与控制ZGA事件是否能被允许发生以及何时发生。因此作者提出ZGA 许可因子 (Licensor)的概念来代表这一类因子，转录因子则作为Specifier (特异性决定因子)提供基因表达的特异性。 作者同时提出了鉴定ZGA licensor的四条标准： 1，Licensor对于启动ZGA至关重要；缺乏该因子会导致ZGA出现严重缺陷； 2，ZGA之前，licensor在蛋白丰度、成熟度或核定位方面会发生单方向的变化；阻止这种变化会影响ZGA发生； 3，加速这种变化会促进ZGA发生(这也取决于其他licensor是否已经准备好)； 4，Licensor对于ZGA起到全局调控的作用，而非直接影响ZGA基因激活的基因特异性。部分可能的ZGA 许可因子包括斑马鱼的核孔复合体组分和小鼠转录机器的部分调控因子如Cyclin T1等。 最后，该综述对ZGA领域未来研究的重要科学问题和研究手段提出了展望，包括：各物种中ZGA关键转录因子是哪些？哺乳动物是否存在其他新的关键转录因子？关键转录因子与表观遗传调控因子如何协作？ZGA发生时间如何调控？有哪些新的Licensor？能否建立ZGA体外模型，开发生化和遗传筛选手段等来寻找新的ZGA调控机制和因子？这些问题都亟待未来更多的研究来解析。 图1 . 许可因子 (licensors) 作为“电闸”，特异因子 (specifiers) 作为“开关”，共同参与调控ZGA 清华大学生命科学学院颉伟教授为本综述论文通讯作者。清华大学-北京大学生命科学联合中心2018级博士研究生邹卓宁（已毕业）和清华大学生命学院2020级博士研究生王秋艳为共同第一作者。清华大学-北京大学-北京生命科学研究所联合培养2020级博士研究生吴希为本综述的撰写提供了帮助。美国宾夕法尼亚大学Richard M. Schultz教授参与修改了论文。 论文链接：  https://doi.org/10.1038/s44319-024-00223-5 原文链接： https://life.tsinghua.edu.cn/info/1131/6146.htm 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

引言 多能干细胞(pluripotent stem cells, PSCs)因其能够分化为多种类型的体细胞而成为再生医学、疾病模型构建和药物筛选等领域的研究热点。多能干细胞的状态可分为幼稚态(naive state)和致敏态(primed state)，其中幼稚态多能干细胞(nPSCs)具有更强的增殖能力和分化潜能，尤其是在分化为胚外组织时表现更为显著。这使得nPSCs在研究早期胚胎发育及相关疾病的病理机制方面具有重要价值。 然而，在体内环境中，nPSCs的存在时间极为短暂，通常仅出现在胚泡(pre-implantation blastocyst)阶段，随后便迅速转变为致敏态。为了更好地利用nPSCs进行科学研究，研究人员致力于在体外环境中逆转和维持这些细胞的幼稚态。然而，现有的逆转方法主要依赖于化学小分子和基因工程，这些方法通常操作复杂、成本高昂，且存在潜在的安全风险。因此，开发一种简单、高效且安全的方法来实现nPSCs的体外逆转和维持，成为干细胞研究领域的重要课题。 胚泡的几何特征在早期胚胎发育中起着至关重要的作用。研究表明，胚泡上胚层(epiblast, Epi)与滋养外胚层(trophectoderm, TE)的界面处呈现出独特的曲率，这种曲率可能对细胞的机械感知、信号传导以及细胞命运决定产生深远影响。在胚泡的这一界面上，nPSCs表现出紧密的顶端细胞间接触，这种接触由周围TE层的细胞张力所引发。因此，研究人员推测，通过在体外培养基底上再现这种特定的几何微环境，或许能够通过物理手段逆转和维持PSCs的幼稚态。 基于这一假设，研究团队设计并制造了一种模仿胚泡几何特征的微结构基底（blastocyst motif substrate, BMS），并通过一系列时空相关分析，验证了这一基底在诱导和维持小鼠及人类多能干细胞幼稚态中的有效性。相关研究发表于8月12日的Nature Materials上“Substrates mimicking the blastocyst geometry revert pluripotent stem cell to naivety”。研究发现，BMS基底上的微结构单元不仅可以显著增强细胞间的E-钙黏蛋白（E-cadherin）/RAC1信号传导，还能激活机械敏感的核转导因子YAP，进而促进多能性基因的组蛋白修饰。这一系列作用机制最终显著提高了多能性转录因子NANOG的表达，并且即使在细胞从基底上移除后，这些效应仍然得以保持。 通过该研究，研究人员不仅为nPSCs的体外逆转和维持提供了一种全新的物理方法，也为干细胞在再生医学、疾病模型构建和药物筛选等领域的应用开辟了新的前景。这一成果为开发更加高效、可扩展的干细胞培养基底提供了理论基础和实践依据，并有望推动干细胞技术的进一步发展。 目前，大多数逆转PSCs的方法主要依赖化学小分子或基因工程技术。这些方法通常耗时费力、成本高昂，并且在安全性上存在潜在风险。因此，研究人员希望通过开发一种基于物理特征的培养基底，以便能够更简单、安全地逆转PSCs并维持其幼稚态。 在胚胎发育早期，胚泡上胚层（epiblast, Epi）和滋养外胚层（trophectoderm, TE）之间的界面呈现出独特的几何曲率，这一曲率特征可能对细胞命运的决定产生深远影响。研究人员设想，模仿这种几何特征的微结构基底或能通过物理手段有效地将PSCs逆转至幼稚态。 为验证这一假设，研究团队设计并制造了胚泡图案基底（BMS），并通过一系列的实验技术对其效果进行了详细研究。研究方法包括以下几个步骤： 胚泡几何特征的分析：研究团队首先通过分析小鼠胚泡在E4.25至E4.50发育阶段的几何特征，确定了Epi的高度、宽度以及Epi-TE界面的曲率范围（BSCR）。BSCR被定义为15至62 mm-1的曲率范围，这是研究中用于设计BMS的关键参数。 基于胚泡几何特征设计BMS，并通过细致的计算和分类方法对BMS上的微结构单元进行分析和分类（Credit: Nature Materials） 胚泡几何特征的确定： 展示了小鼠胚泡在E4.25至E4.50发育阶段的几何特征，特别是上胚层(epiblast, Epi)与滋养外胚层(trophectoderm, TE)界面的曲率范围（BSCR）。研究团队通过对胚泡几何特征的计算，确定了Epi层的高度、宽度以及Epi-TE界面的曲率范围，得出BSCR为15至62 mm^-1。 基底微结构的设计与分类： 基于上述几何特征，研究团队设计了包含不同曲率的微结构单元(motifs)的BMS。图中展示了如何通过计算分析每个微结构单元的曲率值，并将这些曲率值按照凹面、平面和凸面进行分类。每个点的曲率被分为三类：凸面（曲率值≤-2.5 mm^-1）、平面（-2.5 mm^-1 < 曲率值 < 2.5 mm^-1）和凹面（曲率值≥2.5 mm^-1）。BSCR+区域（即曲率值在BSCR范围内的区域）主要集中在凹面部分。 微结构的分布分析： 图中还展示了BMS表面不同曲率的分布情况，显示了BSCR+区域在BMS上的比例约为8%。通过对BMS表面不同曲率区域的统计分析，发现凹面区域中包含较高比例的BSCR+点，这意味着凹面区域的微结构更有可能包含在BSCR范围内，从而对PSCs的幼稚态逆转产生影响。 时空相关分析： 图中最后展示了将BMS表面拓扑图与时间分辨的细胞图像进行叠加分析的结果。通过这种分析方法，研究团队能够追踪细胞在不同微结构区域内的分布和行为变化，从而进一步了解BSCR+区域在细胞逆转过程中的作用。 BMS的设计与制造：基于上述几何特征，研究团队设计了包含多个随机变化微结构单元的BMS，这些微结构单元被称为“motifs”。BMS通过电火花加工（Electrical Discharge Machining, EDM）在金属模具表面创建微结构，随后利用注塑成型技术将这些微结构转移至聚苯乙烯基底上，从而形成目标BMS。 细胞培养与分析：研究人员将小鼠和人类的PSCs培养在BMS上，并与传统平面基底上的细胞进行对比。他们通过时间分辨的显微镜成像技术，结合基底的几何特征信息，分析了不同曲率的微结构对PSCs的影响。此外，研究团队还利用荧光标记和定量PCR等分子生物学技术检测了细胞中多能性标志物（如NANOG、STELLA）的表达水平。 细胞信号传导的研究：为探讨BSCR在PSCs逆转过程中的机制作用，研究团队进一步分析了细胞间的信号传导情况，特别是E-钙黏蛋白（E-cadherin）/RAC1信号传导以及机械敏感核转导因子YAP的激活情况。 研究结果显示，培养在BMS上的PSCs表现出了显著的幼稚态逆转特征。 幼稚态多能干细胞的比例显著增加 在BSCR+区域（曲率范围为15-62 mm-1）内，PSCs显示出更高的NANOG和STELLA表达水平，且幼稚态多能干细胞的比例显著增加。这表明，BSCR+区域内的微结构能够有效促进PSCs向幼稚态的逆转。 细胞信号传导的增强 研究表明，BSCR+区域内的PSCs表现出更强的E-钙黏蛋白（E-cadherin）/RAC1信号传导。这种信号传导不仅增强了细胞间的粘附力，还通过激活机械敏感的核转导因子YAP，进一步推动了多能性基因的组蛋白修饰（如H3K27me3和H3K4me3的变化）。这些组蛋白修饰最终导致了NANOG等多能性转录因子的表达水平显著提高，并且这种效应在细胞从基底上移除后仍然能够持续数天。 BMS基底通过BSCR区域有效促进PSCs的幼稚态逆转（Credit: Nature Materials） 多能性标志物的表达水平： 图a展示了在不同基底（包括传统平面基底和BMS基底）上培养的多能干细胞（PSCs）中，多个幼稚态多能性标志物（如NANOG、STELLA、OCT4、SSEA1）的表达水平。研究结果显示，在BMS基底上培养的PSCs，其NANOG和STELLA等幼稚态标志物的表达水平显著高于在传统平面基底上培养的PSCs。相反，ZIC2（一种致敏态标志物）的表达在BMS基底上显著降低，这表明BMS基底能够有效促进PSCs的幼稚态逆转。 幼稚态多能干细胞的分布： 图b展示了在BMS基底上培养的PSCs中，幼稚态细胞（标记为NANOG高表达和STELLA高表达细胞）的空间分布情况。结果显示，在BMS的凹面区域（特别是包含BSCR+区域的凹面）中，幼稚态细胞的比例显著高于其他区域，表明BSCR+区域在促进PSCs逆转至幼稚态方面具有重要作用。 BSCR对幼稚态逆转的影响： 图c和d进一步量化了在不同类型微结构（凸面、平面和凹面）以及不同BSCR计数（BSCR-low、BSCR-med、BSCR-hi）区域内，幼稚态细胞的比例。结果表明，随着BSCR计数的增加，幼稚态细胞的比例显著升高，尤其是在凹面区域内。这表明，BSCR在诱导PSCs逆转至幼稚态中起到了关键作用。 BSCR计数与幼稚态的相关性： 图e和f进一步分析了不同BSCR计数（即在特定微结构区域内，符合BSCR曲率范围的方向数量）与幼稚态细胞比例之间的关系。研究发现，随着BSCR计数的增加，NANOG高表达和STELLA高表达的幼稚态细胞比例也随之显著提高。这一结果进一步支持了BSCR是影响PSCs逆转至幼稚态的重要几何参数。 细胞迁移和分布的变化 实验还发现，在BSCR+区域内的PSCs，其细胞迁移距离较短，并且在基底上的分布更为均匀，显示出对这一特定几何环境的依赖性。相反，在BSCR-区域或传统平面基底上的PSCs则表现出较高的细胞迁移性和更低的幼稚态比例。 BSCR区域如何在体外实验中诱导PSCs原位逆转至幼稚态（Credit: Nature Materials） 早期细胞与BMS的相互作用： 图a-d展示了在细胞接种到BMS基底上9小时后的早期相互作用。研究结果表明，PSCs在BSCR+区域（即符合BSCR曲率范围的区域）内随机分布，且与BSCR-区域相比，细胞密度、NANOG表达水平以及细胞大小没有显著差异。这表明在早期阶段，BSCR+和BSCR-区域的PSCs没有表现出显著的表型差异。 幼稚态标志物的动态变化：图e展示了PSCs在不同基底（传统平面基底和BMS基底）上NANOG-GFP表达的动态变化。研究结果显示，在BSCR+区域内，NANOG-GFP信号在细胞接种后的21小时内逐渐增加，表明BSCR+区域能够有效诱导PSCs向幼稚态逆转。此外，实验还通过追踪单个细胞的迁移路径，确认了幼稚态逆转是在BSCR+区域内原位发生的，而不是由于远距离迁移导致的。 细胞迁移与幼稚态逆转的关系： 图f通过追踪细胞的迁移路径，进一步分析了BSCR+和BSCR-区域内PSCs的迁移行为。结果显示，从BSCR+区域向BSCR-区域的细胞迁移事件较为罕见，而大多数细胞在BSCR+区域内保持稳定。这一结果支持了PSCs的幼稚态逆转主要发生在BSCR+区域，而不是通过细胞迁移实现的。 幼稚态逆转的时间依赖性：实验通过时间分辨的成像技术，追踪了PSCs在BMS基底上数天内的动态变化。结果显示，BSCR+区域内的幼稚态细胞比例在接种后第1天和第3天显著增加，并且与BSCR-区域相比，幼稚态细胞的比例保持较高。这表明BSCR+区域不仅能够迅速诱导PSCs的幼稚态逆转，还能够在一定时间内维持这一状态。 物理特征对细胞命运的决定性作用 通过将PSCs培养在不同形状的微结构基底上，研究进一步验证了BSCR的关键作用。即使在非对称的微结构（如微沟槽）上，只要具备BSCR特征，也能有效诱导PSCs的幼稚态逆转。这说明，BSCR是决定细胞命运的几何参数，其对细胞命运的影响独立于微结构的具体形状。 这项研究通过模仿胚泡的几何特征，成功开发了一种新型的干细胞培养基底，为干细胞研究和应用提供了新的工具和方法。与现有的化学或基因操作方法相比，BMS基底不仅设计简单，成本低廉，且能够在更短时间内有效诱导PSCs逆转至幼稚态。更重要的是，这一基底设计的理念具有广泛的适用性，不仅可以应用于小鼠PSCs，还为未来人类PSCs的逆转提供了潜在的解决方案。 未来，这一研究成果有望在再生医学、疾病模型构建、药物筛选以及个性化医疗等领域得到广泛应用。例如，通过使用BMS基底，可以更加高效地生成具备高发育潜能的多能干细胞，这将为器官再生、基因治疗以及干细胞移植等技术的发展提供重要支持。此外，研究还可以进一步扩展这一基底的应用范围，探索其在其他类型干细胞上的效果，并优化基底的设计以适应不同的研究需求。 总之，该研究通过结合胚泡几何特征和现代生物技术，开创了一种全新的干细胞培养方法，为科学家们提供了更为高效和安全的实验工具。随着研究的深入和技术的不断完善，这一成果必将推动干细胞技术的发展，为人类健康带来更多福祉。 参考文献 Xu X, Wang W, Liu Y, Bäckemo J, Heuchel M, Wang W, Nie Y, Iqbal I, Kratz K, Lendlein A, Ma N. Substrates mimicking the blastocyst geometry revert pluripotent stem cell to naivety. Nat Mater. 2024 Aug 12. doi: 10.1038/s41563-024-01971-4. Epub ahead of print. PMID: 39134648. https://www.nature.com/articles/s41563-024-01971-4 责编|探索君 排版|探索君 转载请注明来源于【生物探索】 End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell 综述