胚胎干细胞和成体干细胞两项最新发现

　　

生物通报道：近日，研究人员在胚胎干细胞和成体干细胞研究上获得了新进展。研究发现，限制营养的供应可以阻止肌肉干细胞发育到成熟的肌细胞。而来自以色列耶路撒冷希伯来大学和其他研究机构一起则成功解开了一个长时间未曾解答的问题——是否干细胞通过选择性激活或选择性基因表达来完成它们的发育？

 

肌肉干细胞发育新发现

 

一项新的研究发现，限制营养的供应可以阻止肌肉干细胞发育到成熟的肌细胞。这项研究发表在细胞出版社的《发育细胞》（Developmental Cell）杂志5月号上，它提供了关于正在发育的肌细胞如何感知和响应营养水平的令人兴奋的新信息。这项研究为正在进行的关于限制热量对生理和衰老的影响的研究提供了新的转折，而且可能导致治疗肌肉萎缩的新疗法。

 

尽管认为获取营养——诸如葡萄糖这种单糖——对于人体细胞的发育有着深远的影响是很合理的，但是科学家尚不太清楚对营养水平的涨落做出响应的细胞策略。美国国立卫生研究院的Vittorio Sartorelli博士和Marcella Fulco博士调查了葡萄糖的多少如何影响肌肉干细胞（称为成肌细胞）发育（或者称为“分化”）到成熟的骨骼肌纤维的能力。

 

这组科研人员发现，葡萄糖限制（GR）会削弱骨骼肌成肌细胞的分化，而且会激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）。这些结果表明了一个路径，即对低葡萄糖水平做出响应的AMPK的活化会刺激NAD+合成酶Nampt的表达。已知NAD+是SIRT1 的一种辅助因子，后者在众多生理过程中扮演着一个重要的角色，包括骨骼肌细胞的分化，而且还牵扯到了寿命和衰老的调整。重要的是，抑制AMPK、Nampt或 SIRT1导致骨骼肌细胞不介意一个营养不良的环境，而且可以在一些本不适合的环境下分化。

 

这些结果表明了一个响应低营养环境、积极地控制肌肉分化的详细路径。“我们推测，AMPK-Nampt-SIRT1路径的作用就像一个细胞检查站，它可能被营养物质供应的减少而活化，从而阻止细胞在缺乏热量的条件下从事需要能量的过程——诸如细胞分化。另一方面，一旦营养物质供应恢复，这条路径就被关闭，从而让生理发育恢复，” Sartorelli博士提出。

 

这项研究的重要意义超出了细胞发育。这一机制还能在成体组织里运作，因此它可能成为对限制热量摄入的节食疗法的响应的一部分。此外，这组科学家还发现葡萄糖限制或者用二甲双胍（一种用于治疗II型糖尿病的药物）治疗骨骼肌细胞也有类似的结果，而且导致了SIRT1的活化。“因此，糖尿病患者从降低饮食的热量摄入中获得的众所周知的益处可能是由于AMPK-Nampt-SIRT1路径活化的贡献，” Sartorelli博士评论说。另外，一个具有吸引力的推测是，AMPK 和SIRT1可能被证明是用制止肌肉萎缩的破坏性效应的合理靶标。

 

胚胎干细胞如何分化成特异细胞

尽管研究人员早已经知道胚胎干细胞能够发育成任何类型的组织特异性细胞，但是这个分化过程的精确机制却一直还未被证明。

 现在，来自以色列耶路撒冷希伯来大学和其他研究机构一起成功描绘出这个过程，从而解开了一个长时间未曾解答的问题——是否干细胞通过选择性激活或选择性基因表达来完成它们的发育？这项研究的结果发表在最新一期的《Cell Stem Cell》杂志上。

 这个合作研究组揭示出，胚胎干细胞（ES）“杂乱地”表达了大部分基因组，包括血统特异性和组织特异性基因以及非编码基因组区域和基因组中的重复区域。这种重复区域构成了哺乳动物基因组的主要部分，但通常是不表达的。

 当ES细胞分化成特定的细胞组织类型，它们发生了全面的遗传沉默。但是直到这个过程发生，ES细胞仍然保持了一个开放和活泼的基因组。这可能是它们成功的秘密，因为通过维持这种弹性它们能够维持它们变成任何细胞类型的能力。一旦发生沉默或基因抑制，这种能力就会消失。

 因此，可以说ES细胞一直处于预备状态，直至最后几分钟。为了弄清这个过程如何发生，研究人员构建了第一个全小鼠基因组DNA芯片平台。这项研究使用的芯片并不针对特定基因，而是覆盖整个基因组。

 研究中需要上千个这样的芯片来在干细胞分化的不同时间点覆盖整个基因组。通过观察这些序列，研究人员能够确定出干细胞如何发育成特定组织细胞、发育时间点以及什么时候发生沉默。（生物通雪花）