全能性和分化

胚胎干细胞 (ESC) 的两个显著特征是多能性和自我更新的能力。这些特征使得 ESC 能够发育为成人体内的任何细胞类型，同时在未分化阶段继续分裂，这些特征受到多种细胞信号转导通路调节。在人体 ESC (hESC) 中，参与多能性和自我更新的主要信号转导通路是 TGF-β 和 FGFR，TGF-β 通过 Smad2/3/4 转导信号，而 FGFR 则激活 MAPK 和 Akt 通路。Wnt 通路还可促进多能性，尽管这可能通过一种包括转录激活剂 TCF1 和抑制因子 TCF3 之间的平衡的非经典机制来实现。通过这些通路的信号转导可支持多能性状态，多能性状态主要依赖于三个关键的转录因子：Oct-4、Sox2 和 Nanog。这些转录因子会激活 ESC 特异性基因的基因表达，调节自身的表达，抑制参与分化的基因，同时还作为 hESC 标志物。用于识别 hESC 的其他标志物有细胞表面糖脂 SSEA3/4、糖蛋白 TRA-1-60 和 TRA-1-81。在体外，hESC 可被诱导成为三种原胚层（即内胚层、中胚层和外胚层）的衍生物和原生殖细胞样细胞。调控这一过程的其中一个主要信号转导通路是 BMP 通路，其通过 Smad1/5/9 抑制 Nanog 表达并激活分化特异性基因的表达来促进分化。Notch 也通过 Notch 细胞内结构域 (NICD) 在分化过程中发挥作用。随着分化不断继续，每个原胚层的细胞按照谱系专一性方向进一步分化。

主要文献：

• Bilic J, Izpisua Belmonte JC (2012) Concise review: Induced pluripotent stem cells versus embryonic stem cells: close enough or yet too far apart? Stem Cells 30(1), 33–41.
• Dalton S (2013) Signaling networks in human pluripotent stem cells. Curr. Opin. Cell Biol. 25(2), 241–6.
• Guenther MG (2011) Transcriptional control of embryonic and induced pluripotent stem cells. Epigenomics 3(3), 323–43.
• Jaenisch R, Young R (2008) Stem cells, the molecular circuitry of pluripotency and nuclear reprogramming. Cell 132(4), 567–82.
• Ng HH, Surani MA (2011) The transcriptional and signalling networks of pluripotency. Nat. Cell Biol. 13(5), 490–6.
• Pan G, Thomson JA (2007) Nanog and transcriptional networks in embryonic stem cell pluripotency. Cell Res. 17(1), 42–9.
• Welham MJ, Kingham E, Sanchez-Ripoll Y, Kumpfmueller B, Storm M, Bone H (2011) Controlling embryonic stem cell proliferation and pluripotency: the role of PI3K- and GSK-3-dependent signalling. Biochem. Soc. Trans. 39(2), 674–8.
• Young RA (2011) Control of the embryonic stem cell state. Cell 144(6), 940–54.

感谢来自马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学 HHMI 和 MGH 癌症中心和再生医学研究中心的 Justin Brumbaugh 和 Konrad Hochedlinger 教授审阅了此图。

创建于 2009 年 5 月

修订于 2016 年 9 月