在危险的边缘试探：从幼稚到待激活的多能干细胞

《Stem Cell Reports》报道，在胚胎干细胞分化早期，三种RAS异构体全被激活，低水平RAS活性标志着细胞进入多能性幼稚状态。RAS激活是诱导分化的必要和充分条件，抑制RAS显著降低了细胞分化，异位表达也足以诱导分化，提示RAS在早期胚胎发育中应该起着关键作用，研究人员可以将其作为细胞重编程进入幼稚状态的关键靶标。

　　

多能性（pluripotency）指的是一个细胞生成所有成人组织细胞类型的能力，这是早期胚胎发育的一个暂时特征。科学界普遍认为多能性至少存在2个从根本上完全不同的状态：幼稚态（naive）和待激活态（primed）。在体外培养中，两种状态的多能干细胞（PSCs）都能形成三个胚层，但是，只有naïve PSCs能有效地促进嵌合体动物（chimeric animals）形成。鼠科动物胚胎干细胞（mESCs）naïve态或更一致的“基态（ground state）“培养很好维持。但是人多能干细胞（hPSCs）的稳定状态是primed态。在基因操纵和一致性方面naïve态细胞比primed态细胞更具优势，因此，很多实验室都在寻找控制人多能干细胞从naïve转化为primed的分子调节途径。

从幼稚的到被激活的多能干细胞的转变主要根据上皮-间质转化（EMT）、氧化磷酸化代谢到有氧糖酵解和表观遗传景观变化。这些变化恰恰也是肿瘤细胞转化的标志，来自的以色列理工学院遗传和发育生物学系的Ruby Shalom-Feuerstein猜想，干细胞发育可能与致癌途径走的是同一条路线。

在癌症细胞生物学领域已经被研究得很透彻的Ras信号通路，在干细胞和细胞重编程领域基本未被开发。RAS有三种亚型，分别是H-RAS、K-RAS和N-RAS，分别由三个独立的基因编码，它们行使许多重叠功能。

研究人员比较了细胞在多能性和早期分化阶段的RAS表达模式和活性，发现RAS蛋白活化领先于多能性标志物表达减少（代表细胞分化），用RAS抑制剂farnesylthiosalicyclic acid (FTS)靶向抑制所有RAS亚型以及基因敲除或过表达都验证了RAS活化和细胞分化之间确实存在关联，数据强烈暗示RAS激活推动了mESC分化早期事件。

在细胞从naïve态转化为primed态后，研究人员进一步检测了RAS的下游效应物，AKT、ERK、JUN和P38，所有效应物的磷酸化水平无一例外都呈现出了上调。

为检验这种情况与人类细胞的相关性，他们又检测了hESCs从naïve态转化为primed态的RAS-GTP水平，结果primed细胞的RAS-GTP水平显著增加，而且这种现象在其他哺乳动物PSCs中具有一般性。但是，在KSR/bFGF培养基（成纤维细胞生长因子）中，单纯地沉默RAS不能有效地将细胞完全转化为naïve态，但加入MEK和GSKβ（2i抑制子），naïve标志物（Stella和Klf4）水平明显增加。换句话说，RAS是控制PSCs是否进入待激活状态的中心，并且还有其他途径参与其中。

E钙黏着蛋白（ E-CAD ）是维持naïve多能性的要素之一，naive mESCs 表达高水平 E-CAD 和低水平N钙黏着蛋白（N-CAD），primed细胞正好相反，RAS水平高低可以逆转E-CAD和N-CAD在两种细胞内的丰度。不仅如此，RAS还能控制细胞在分化过程中的代谢转换。使用Seahorse胞外流量分析仪记录胞外酸化率（ECAR），研究人员观察到 primed细胞ECAR明显高于naïve细胞，说明细胞乳酸生产增加，用RASi处理primed细胞24小时后再测，ECAR明显回落，相反RAS转染naïve细胞的ECAR显著增强。Agilent Seahorse XF 技术 - 了解实时活细胞分析的强大功能

RAS蛋白无所不在，包括细胞增殖、迁移、分化和凋亡，如今，这篇文章暗示RAS操纵mESCs早期分化事件，包括糖酵解、EMT和表观遗传改造。下一步，研究人员将在hPSCs中研究RAS异构体和它们的下游信号。鉴于shRNA或RASi都不能完全使primed细胞转化为naïve细胞，表明RAS信号与其他信号之间应该存在协作关系。关注这些信号途径，对改进人类基态细胞培养和体细胞重编程新策略开发可能有所帮助。

原文检索：RAS Regulates the Transition from Naive to Primed Pluripotent Stem Cells

（生物通：伍松）