人胚胎干细胞向滋养层干细胞样细胞分化的阶梯式策略揭示TFAP2C在自我更新能力获取中的关键作用

本研究针对人类滋养层干细胞(TSCs)体外获取难题，开发了从primed状态人多能干细胞(PSCs)分化为TSC样细胞(TSLCs)的阶梯式策略。研究人员通过小分子抑制剂诱导GATA3+细胞后，在特定培养条件下成功获得具有自我更新能力和双分化潜能（向合体滋养层STBs和绒毛外滋养层EVTs分化）的TSLCs，并首次揭示转录因子TFAP2C在赋予GATA3+细胞自我更新能力中的决定性作用。该研究为胎盘发育机制研究和妊娠相关疾病建模提供了新工具，发表于《Scientific Reports》。

　　

胎盘作为胎儿发育的关键枢纽，其核心功能依赖于滋养层细胞的精密调控。尽管2018年人类滋养层干细胞(TSCs)的成功分离为研究打开新窗口，但从多能干细胞(PSCs)高效诱导TSCs仍存在重大挑战——特别是对于临床更易获取的primed状态PSCs，其转化效率低、分子机制不清成为制约瓶颈。更棘手的是，这一过程涉及命运转换和自我更新能力获取两个生物学事件，但学界对二者是否耦合、如何调控始终缺乏系统认知。

京都大学的研究团队通过阶梯式诱导策略，首次解析了primed人胚胎干细胞(ESCs)向滋养层干细胞样细胞(TSLCs)转化的分子路线图。研究发现，采用A83-01(ACTIVIN/NODAL抑制剂)和PD173074(FGF抑制剂)组合(AP处理)可高效诱导GATA3⁺外胚层样细胞(ExECs)，但这些细胞缺乏自我更新能力。通过优化培养体系（含EGF、CHIR99021等关键因子），成功将GATA3⁺ExECs转化为长期增殖的TSLCs。这些细胞不仅表达TP63等绒毛细胞滋养层(CTB)标志物，还能分化为合体滋养层(STBs，分泌CGβ)和绒毛外滋养层(EVTs，表达HLA-G)，但后者效率较低。单细胞转录组分析显示TSLCs与天然CTBs高度相似，且与不同来源TSCs的转录谱无显著差异，证实其真实性。

研究的关键突破在于发现TFAP2C的双阶段调控作用：通过基因敲除实验证明，TFAP2C虽不参与初始的滋养层命运决定（BMP信号依赖的GATA3⁺诱导），却是自我更新能力获取的"分子开关"——TFAP2C缺失的GATA3⁺细胞虽能短暂表达TP63，却无法建立长期增殖。通过可诱导表达系统，研究人员进一步验证TFAP2C的恢复可挽救TSLCs的衍生能力。

技术方法上，研究结合了：1) 阶梯式细胞诱导（AP处理+TSC培养基）；2) 流式细胞术和免疫荧光追踪标志物表达；3) 批量及单细胞RNA测序进行转录组验证；4) CRISPR-Cas9介导的TFAP2C基因编辑；5) 三维类器官培养评估分化潜能。

【结果解析】

1. 成功从分化中的GATA3⁺细胞衍生增殖性TSLCs
   AP诱导4天获得的GATA3⁺ExECs在TSC培养基中形成上皮样集落，经40代以上传代仍保持稳定增殖。这些TSLCs表达CK7等泛滋养层标志，且HLA-ABC低表达（模拟天然TSCs特征），单细胞克隆实验证实其自我更新能力。

2. TSLCs的转录组特征
   PCA分析显示TSLCs与primed ESCs明显分离，且高表达TP63、PAGE4等CTB特征基因。新发现的表面标志物SIGLEC5可有效区分TSLCs与分化中ExECs。三维培养时，TSLCs能形成类器官样结构，外围富集p63⁺/CDH1⁺细胞。

3. TSLCs与TSCs及胎盘CTBs的基因组比较
   转录组相关性分析表明，primed ESC衍生的TSLCs与胎盘来源TSCs高度相似（Spearman相关系数>0.9），且与naive PSCs来源TSCs无显著差异。单细胞图谱中，>90% TSLCs与天然CTBs聚类，仅少量自发分化为STBs。

4. TFAP2C在滋养层命运转换中非必需
   TFAP2C敲除的ESCs经AP处理后仍能高效产生GATA3⁺/CK7⁺细胞，且TFAP2A表达不受影响，证实滋养层初始转化不依赖TFAP2C。

5. TFAP2C对TSLCs自我更新的决定性作用
   TFAP2C缺失导致GATA3⁺细胞在TSC培养基中仅形成松散集落并逐渐死亡。通过四环素诱导系统重新表达HA-TFAP2C可完全恢复TSLCs衍生能力，明确其功能必要性。

【结论与展望】
该研究首次揭示primed PSCs向TSLCs转化需经历两个解耦联的生物学过程：BMP信号触发的滋养层命运决定和TFAP2C介导的自我更新程序启动。这一发现不仅解决了primed PSCs衍生TSCs效率低的难题（转化率>95%），更提供了TSLCs质量评估的新标准（TP63/SIGLEC5表达谱）。

尽管TSLCs存在EVT分化效率低的局限（可能与初始AP诱导偏好STB分化相关），但其与天然TSCs的高度相似性，为研究早期胎盘发育、妊娠毒血症等疾病机制提供了可规模化的细胞模型。特别值得注意的是，TFAP2C在naive与primed PSCs中展现的阶段特异性功能差异，暗示多能态性可塑性可能通过"分子分工"实现精准调控，这一发现为理解细胞命运决定提供了新视角。未来研究可进一步探索TFAP2C与TSC相关通路（WNT/TGF-β）的协同机制，以及其在滋养层恶性肿瘤中的潜在作用。