应激诱导磷蛋白STIP1通过调控蛋白稳态维持小鼠胚胎干细胞多能性及早期发育的关键机制

本研究聚焦应激诱导磷蛋白1(STIP1)在小鼠胚胎干细胞(mESCs)和早期发育中的调控作用。研究人员通过单细胞RNA测序和基因修饰小鼠模型，发现STIP1与多能性基因共表达，其表达水平直接影响OCT4/SOX2/NANOG等核心多能性因子的表达。STIP1缺失导致基因组不稳定和凋亡增加，而过表达则增强细胞应激抵抗能力。该研究揭示了STIP1-HSP70/90分子伴侣网络通过调控细胞周期和DNA损伤应答维持干细胞特性的新机制，为再生医学提供了潜在靶点。

　　

在生命最初的舞台上，胚胎干细胞如同神奇的"万能工匠"，能够分化为任何类型的细胞。这种令人惊叹的多能性背后，隐藏着精密的分子调控网络。近年来，科学家们逐渐认识到，维持蛋白质质量控制的"蛋白稳态(proteostasis)"系统在这一过程中扮演着关键角色。其中，分子伴侣蛋白如同细胞内的"蛋白质折叠专家"，确保重要功能蛋白的正确构象。然而，作为核心辅助伴侣蛋白的应激诱导磷蛋白1(STress-Inducible Phosphoprotein 1, STIP1)在干细胞多能性维持中的作用机制仍是一片待探索的领域。

这项发表在《Communications Biology》的研究由Camila Felix de Lima Fernandes和Marilene Hohmuth Lopes领衔的国际团队完成。研究人员发现STIP1基因敲除会导致小鼠胚胎在E7-E10.5时期死亡，伴有神经管和肢芽发育缺陷。这一现象提示STIP1可能在早期发育中发挥重要作用，但其具体分子机制尚不明确。为解开这个谜团，研究团队整合了生物信息学分析和细胞实验等多种手段，系统研究了STIP1在胚胎干细胞多能性维持中的调控作用。

关键技术方法包括：1) 利用单细胞RNA测序分析小鼠胚胎发育过程中Stip1的表达模式；2) 从基因修饰小鼠中分离建立STIP1表达量不同的mESCs细胞系（包括STIP1^+/-、STIP1^TgA过表达和STIP1^ΔTPR1截短突变体）；3) 通过转录组测序和功能富集分析比较不同细胞系的基因表达差异；4) 采用免疫荧光、流式细胞术等方法评估细胞增殖、凋亡和DNA损伤应答；5) 通过拟胚体形成实验分析分化潜能。

Stip1与多能性基因共表达于囊胚期

单细胞转录组分析显示，Stip1从受精卵阶段开始表达，在8-16细胞期达到峰值。特别值得注意的是，在囊胚阶段，Stip1与Sox2、Pou5f1/Oct4、Nanog等核心多能性因子呈现显著共表达模式。基因共表达网络分析发现，与Stip1正相关的基因显著富集于DNA修复、细胞周期调控和干细胞维持等通路。

STIP1水平改变mESCs转录组特征

研究人员建立了STIP1^+/-（表达量降低50%）、STIP1^TgA（过表达）和STIP1^ΔTPR1（TPR1结构域缺失）三种mESCs模型。RNA测序显示，STIP1^TgA细胞中多能性相关通路显著上调，而STIP1^+/-则表现为发育相关通路下调。引人注目的是，STIP1^ΔTPR1细胞虽然也表现出多能性因子表达降低，但其转录组变化与STIP1^+/-存在明显差异，提示TPR1结构域具有独特功能。

STIP1调控干细胞核心特性

实验证实STIP1^+/- mESCs表现出多能性标志物OCT4、SOX2和NANOG表达降低，增殖减缓，凋亡增加以及自发性DNA损伤（γH2AX焦点增多）。相反，STIP1^TgA细胞不仅多能性标志物表达升高，还对细胞应激表现出更强抵抗力。免疫荧光显示，在分化倾向的细胞中，STIP1会转位至肌动蛋白纤维；而在多能性丧失的细胞中，STIP1更多定位于细胞核，这种现象在STIP1缺陷细胞中更为常见。

分子机制探索

进一步分析揭示，STIP1通过影响细胞周期调控网络发挥作用。STIP1缺陷导致G2期阻滞和p21表达增加，而过表达则促进细胞周期进程。特别值得注意的是，STIP1与HSP70/HSP90在有丝分裂期的共定位，暗示三者可能形成功能性复合物参与细胞周期检查点调控。

这项研究首次系统阐明了STIP1作为"多能性守护者"的双重作用机制：一方面通过分子伴侣网络维持核心转录因子的稳定性；另一方面通过调控细胞周期和DNA损伤应答保障基因组完整性。这些发现不仅解释了STIP1敲除导致胚胎致死的原因，也为理解蛋白稳态系统在发育编程中的核心作用提供了新视角。从转化医学角度看，该研究为提高干细胞在再生医学应用中的稳定性和安全性提供了潜在干预靶点，同时为癌症（特别是肿瘤干细胞）和神经退行性疾病等与蛋白稳态失调相关疾病的治疗策略开发带来新思路。