滋養(yǎng)層干細(xì)胞分化調(diào)節(jié)相關(guān)因子的研究進(jìn)展

龐凡，周君桂

在人類胎盤中，可以產(chǎn)生3種干細(xì)胞類型：來源于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的胚胎干細(xì)胞（ESC）、來源于滋養(yǎng)外胚層的滋養(yǎng)層干細(xì)胞（TSC）和來源于原始內(nèi)胚層的胚胎外內(nèi)胚層干細(xì)胞（EXE）。胚胎植入后，隨著囊胚的不斷擴(kuò)大，滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞根據(jù)其與內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的鄰近程度進(jìn)行分化，形成與內(nèi)細(xì)胞團(tuán)相鄰的極性滋養(yǎng)外胚層區(qū)域，在受精后第7天開始顯示出功能分化。滋養(yǎng)外胚層首先分化為第一滋養(yǎng)細(xì)胞系——原始細(xì)胞滋養(yǎng)層細(xì)胞和多核原始合胞體；在受精后第9天左右，原始合胞體被原始細(xì)胞滋養(yǎng)層侵入，形成初級絨毛狀結(jié)構(gòu)；在妊娠5周（受精后約21 d）胎盤已形成成熟的絨毛結(jié)構(gòu)。TSC位于絨毛膜中，可以作為干細(xì)胞保留下來，也可以分化為迷路滋養(yǎng)層細(xì)胞、海綿狀滋養(yǎng)層細(xì)胞（SPT）、滋養(yǎng)層巨細(xì)胞（TG）或合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞[1]。

TSC是非常有價(jià)值的研究對象，它可以為自我更新機(jī)制及其分化成多種滋養(yǎng)層細(xì)胞類型的研究提供線索。盡管該細(xì)胞譜系對胚胎著床、胚胎發(fā)育進(jìn)程和疾病易感性具有重要作用，但目前對TSC的理解卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于ESC。自然界中，小鼠與人類在基因水平上高度同源，是良好的體外研究模型[2]，其TSC來源于胚泡和植入后胚胎的外胚層。通過對小鼠胚胎的體外實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)錄因子以及蛋白調(diào)節(jié)因子對TSC的作用已逐漸被了解。研究發(fā)現(xiàn)，在人成纖維細(xì)胞生長因子 4（FGF4）和轉(zhuǎn)化生長因子 β（TGF-β）/活化素（activin）的作用下，小鼠TSC能持續(xù)增殖而不分化為其他滋養(yǎng)層細(xì)胞族系。CDX2、EOMES、ELF5和GATA3等轉(zhuǎn)錄因子也被證明對小鼠TSC保持自我更新狀態(tài)起到關(guān)鍵作用[3]。現(xiàn)就近年發(fā)現(xiàn)的可調(diào)節(jié)TSC狀態(tài)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、激酶與基因修飾酶類及蛋白調(diào)節(jié)因子等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)相關(guān)因子對TSC的作用

轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)相關(guān)因子在TSC中的表達(dá)對于TSC的自我更新與介導(dǎo)細(xì)胞分化具有重要作用。除了眾所周知的維持TSC干性的CDX2、EOMES、FGF4等轉(zhuǎn)錄因子外，還有其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子可通過直接或間接作用調(diào)節(jié)TSC的狀態(tài)。

1.1 促進(jìn)TSC分化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子

1.1.1 FOS相關(guān)抗原 1（FOS-related antigen 1，F(xiàn)OSL1）其是激活蛋白1（AP-1）復(fù)合物的組成部分之一，可作為多功能轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)腫瘤發(fā)生及細(xì)胞侵襲。FOSL1在小鼠胚胎中過表達(dá)可誘導(dǎo)TSC分化相關(guān)基因高表達(dá)。但與其他重編程因子如ARID3A、CDX2和GATA3不同，F(xiàn)OSL1主要作為轉(zhuǎn)錄激活因子發(fā)揮作用[4]。

1.1.2 配子生成素結(jié)合蛋白2（GGNBP2）其是一種鋅指蛋白，在精母細(xì)胞和精子細(xì)胞中大量表達(dá)。一些研究發(fā)現(xiàn)，敲除GGNBP2基因會導(dǎo)致小鼠精子細(xì)胞分化過程中存在變形缺陷，使成熟精子缺失，從而導(dǎo)致男性不育[5]。而在胎盤迷路區(qū)域中，GGNBP2缺乏可使TSC上c-Met表達(dá)失調(diào)，導(dǎo)致STAT3過度激活，TSC自我更新能力增強(qiáng)，非血管細(xì)胞巢擴(kuò)張失控，造成血管間間隙減少，胎盤運(yùn)輸功能不全，阻礙細(xì)胞分化并促進(jìn)凋亡。由此可見，GGNBP2在調(diào)節(jié)迷路滋養(yǎng)層干細(xì)胞分化中發(fā)揮重要作用[6]。

1.1.3 胎盤表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子1（PLET-1）其可以誘導(dǎo)TSC中特異性基因的表達(dá)，如ELF-5的上調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)，高PLET-1有利于小鼠TSC向TG分化，而PLET-1缺乏則優(yōu)先誘導(dǎo)TSC向合胞體滋養(yǎng)層分化，證明PLET-1的水平可以使TSC分化的軌跡偏移。PLET-1在分化過程中的異常雙相表達(dá)譜也說明其可能是平衡滋養(yǎng)層自我更新與分化的關(guān)鍵[7]。

1.1.4 Ets2抑制因子（Ets2 repressor factor，ERF）有研究敲除小鼠胚胎干細(xì)胞ERF基因后發(fā)現(xiàn)，這些胚胎干細(xì)胞系高度表達(dá)多能性標(biāo)記基因，如OCT4、SOX2、NANOG等，說明敲除ERF基因的細(xì)胞系保持了自我更新能力和分化潛能[8]。另有學(xué)者對敲除小鼠胚胎ERF基因后造成的嚴(yán)重貧血、胚胎死亡現(xiàn)象進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ERF是紅系前體細(xì)胞有效成熟為成熟紅細(xì)胞所必需的細(xì)胞因子，對維持卵黃囊的造血功能具有重要作用[9]。ERF可以結(jié)合FGF2基因并抑制其在TSC中的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，而FGF2基因的缺乏將促進(jìn)TSC分化，同時(shí)ERF可促進(jìn)TSC向合胞體滋養(yǎng)層細(xì)胞譜系發(fā)展[10]。

1.2 誘導(dǎo)TSC自我更新的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子

1.2.1 同源框蛋白1/2（SATB1/2）SATB1和SATB2在維持干細(xì)胞狀態(tài)的小鼠TSC中高表達(dá)，誘導(dǎo)分化后表達(dá)下降。SATB1或SATB2基因沉默可降低TSC的自我更新能力，促進(jìn)其分化，而SATB蛋白高表達(dá)則促進(jìn)TSC的增殖、抑制分化。其機(jī)制是通過調(diào)節(jié)TSC相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子EOMES的表達(dá)進(jìn)而影響TSC的自我更新[11]。另有研究發(fā)現(xiàn)，子癇前期患者的胎盤組織中，SATB1低表達(dá)的細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中活性氧簇（ROS）和丙二醛（MDA）的含量與炎癥反應(yīng)中P38、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）等含量均高于SATB1高表達(dá)的細(xì)胞，提示SATB1可調(diào)節(jié)胎盤組織中的炎癥反應(yīng)與氧化應(yīng)激反應(yīng)，在子癇前期的發(fā)生中發(fā)揮一定作用[12]。

1.2.2 TGF相關(guān)蛋白Nodal未成熟的Nodal是維持FGF4表達(dá)的必要因子，可誘導(dǎo)FGF4抑制小鼠外胚層早期差異標(biāo)記基因MASH2的表達(dá)；其本身也可直接作用于外胚層以維持雌激素相關(guān)受體β（Esrrb）、CDX2和EOMES的表達(dá)，抑制小鼠TSC早熟分化[13]。然而成熟的Nodal蛋白對小鼠TSC沒有調(diào)節(jié)作用[7]。同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)Lefty蛋白在小鼠滋養(yǎng)層細(xì)胞中通過下調(diào)Nodal的表達(dá)從而促進(jìn)滋養(yǎng)層細(xì)胞的增殖與侵襲，提示Nodal的表達(dá)對其他細(xì)胞調(diào)節(jié)因子有介導(dǎo)作用[14]。

1.2.3 雌激素相關(guān)受體β（Esrrb）既往研究證明，在小鼠TSC中Esrrb是FGF信號通路的下游靶點(diǎn)，通過直接結(jié)合和調(diào)節(jié)ELF5、EOMES等TSC特異性轉(zhuǎn)錄因子維持TSC的生長，對TSC的自我更新至關(guān)重要[15]。而在沒有FGF4的情況下，Esrrb的表達(dá)亦可阻斷TSC的快速分化，這一功能是通過直接結(jié)合和激活一組TSC特異性靶基因來發(fā)揮的，包括CDX2、EOMES、SOX2、FGFR4和 BMP4。此外，Esrrb還能取代誘導(dǎo)TSC形成的重要因子EOMES，實(shí)現(xiàn)小鼠成纖維細(xì)胞的重編程[16]。

1.2.4 ELF5（E74-like factor 5）其是一種在小鼠滋養(yǎng)層細(xì)胞中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子，ELF5的水平?jīng)Q定了TSC自我更新和分化的平衡。適當(dāng)水平的ELF5對小鼠TSC干性的維持有重要作用；ELF5過表達(dá)可能會導(dǎo)致細(xì)胞脫離原本的增殖生態(tài)位，促使TSC走向分化進(jìn)程[17]。

此外，研究發(fā)現(xiàn)有5個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（TCFAP2C、EOMES、Ets2、GATA3 以及染色質(zhì)重塑因子SMARCA4）在靶基因和轉(zhuǎn)錄調(diào)控通路上的共占位對TSC的自我更新有協(xié)同作用，其中以TCFAP2C、EOMES以及SMARCA4共占位最為常見[18]。

2 參與TSC分化調(diào)節(jié)的酶類及蛋白調(diào)節(jié)因子

在細(xì)胞進(jìn)行自我更新與分化的過程中，作為細(xì)胞固有成分的結(jié)構(gòu)蛋白、細(xì)胞間連接蛋白等對細(xì)胞的命運(yùn)有一定影響。細(xì)胞內(nèi)激酶及基因修飾酶可直接作用于與分化有關(guān)的基因從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的狀態(tài)。

2.1 蛋白調(diào)節(jié)因子對TSC的影響

2.1.1 縫隙連接蛋白（connexin，Cx）既往研究發(fā)現(xiàn)Cx在小鼠ESC中廣泛表達(dá)，如Cx43、Cx45等。小鼠TSC只表達(dá)Cx31蛋白和Cx31.1轉(zhuǎn)錄本，而TSC分化后編碼Cx26和Cx43的基因?qū)⒈徽T導(dǎo)表達(dá)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠TSC中Gjb3基因（編碼Cx31）缺陷可導(dǎo)致干細(xì)胞潛能喪失和TG方向分化增強(qiáng)。Cx31.1抑制干細(xì)胞標(biāo)記基因Id2和ASCL2的持續(xù)表達(dá)，使TSC分化延遲，可提高TSC的增殖能力[20]。

2.1.2 腎上腺髓質(zhì)素（adrenomedullin，ADM）以往數(shù)據(jù)表明ADM可調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞的生長、遷移和侵襲。研究發(fā)現(xiàn)ADM可促進(jìn)小鼠TSC向TG分化，但不可單獨(dú)誘導(dǎo)，且該誘導(dǎo)過程呈劑量依賴性；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ADM對TSC分化的促進(jìn)作用是通過由CALCRL和RAMP2組成的ADM受體和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）磷酸化介導(dǎo)的[21]。

2.1.3 半乳糖凝集素1（Gal-1）已知在TSC的分化中，分化標(biāo)志物Esrrb和EOMES水平下降，Plf、Ctsq和Tpbpa水平上升。有研究發(fā)現(xiàn)在分化培養(yǎng)基中，小鼠TSC與IK細(xì)胞共培養(yǎng)組的Esrrb和EOMES在誘導(dǎo)分化的1～3 d表達(dá)顯著降低，Plf、Ctsq和Tpbpa在誘導(dǎo)分化的4～6 d表達(dá)顯著升高，且發(fā)現(xiàn)小鼠TSC與IK細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)可以增加Gal-1的表達(dá)[22]。亦有研究在TSC誘導(dǎo)分化后的第4天和第5天檢測到Gal-1 mRNA和蛋白的峰值，且發(fā)現(xiàn)Gal-1在小鼠卵母細(xì)胞和著床前胚胎中廣泛表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞分化[23]。以上均提示Gal-1具有促進(jìn)TSC分化與侵襲的作用。

2.2 參與TSC分化調(diào)節(jié)的激酶與修飾類酶

2.2.1 應(yīng)激激活蛋白激酶（SAPK，也稱為JNK）細(xì)胞在應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生的SAPK可增加早期譜系TG相關(guān)基因表達(dá)，抑制晚期譜系海綿狀滋養(yǎng)層和合胞體滋養(yǎng)層的基因表達(dá)，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)TSC向TG分化[24]。小鼠TSC的應(yīng)激狀態(tài)有以下2種：①高滲壓狀態(tài)下SAPK對植入胚胎及其主要成分胎盤TSC有2種作用。高滲透壓會影響體內(nèi)平衡，抑制細(xì)胞增殖，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯并促使細(xì)胞凋亡；高滲透壓也可能導(dǎo)致TSC在著床時(shí)分化。②缺氧狀態(tài)（0.5% O2）下細(xì)胞產(chǎn)生SAPK，增加早期譜系的表達(dá)，晚期譜系的表達(dá)根據(jù)偏離最佳氧濃度（2% O2）的程度降低；盡管使細(xì)胞暴露于FGF4，24 h后仍會啟動(dòng)TSC分化，但該分化不能持續(xù)，4～7 d后，去除FGF4后缺氧對分化的誘導(dǎo)能力較弱[25]。

2.2.2 乙酰半乳糖胺轉(zhuǎn)移酶3（GALNT3）對小鼠胚胎的研究發(fā)現(xiàn)，GALNT3在高爾基體中啟動(dòng)OGalNAc糖基化，且控制E-鈣黏蛋白在TSC表面的定位，GALNT3的缺失將導(dǎo)致高爾基體內(nèi)E-鈣黏蛋白的存留。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，GALNT3在人TSC、囊胚滋養(yǎng)層和人乳腺上皮細(xì)胞中均具有維持自身干性的保守功能。在人類胎盤中，GALNT3通過減少O-GalNAc糖基化誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)TSC分化[26]。

2.2.3 脯氨酰寡肽酶（POP）有研究證明POP對小鼠TSC向SPT和TG的分化有積極作用，且POP可以通過控制Ascl2基因調(diào)節(jié)TSC向SPT的分化[27]。POP抑制劑SUAM-14746可以有效抑制TSC向SPT和TG分化，該抑制劑的作用呈劑量依賴性[28]。

2.2.4 絲裂原活化蛋白激酶激酶4（MKK4）組蛋白氨基末端進(jìn)行的乙酰化、甲基化等修飾主要由乙酰轉(zhuǎn)移酶、脫乙酰酶等介導(dǎo)[29]。MKK4可以激活Src羧基端激酶結(jié)合蛋白（CBP）對組蛋白H2A/H2BAc的乙酰化，從而促進(jìn)維持TSC上皮表型所必需的基因表達(dá)[30]。另有研究表明MKK4也可通過抑制組蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）的活性，對上皮樣分化重要基因的組蛋白H2A/H2BAc去乙?；?，介導(dǎo)TSC上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。HDAC6的下調(diào)可恢復(fù)細(xì)胞上皮樣特征，包括細(xì)胞-細(xì)胞粘連和屏障形成，如E-鈣黏蛋白重新定位于細(xì)胞膜[31]。

2.2.5 染色體10/11易位蛋白1/2（Tet1/2）Tet可催化5-甲基胞嘧啶氧化為5-羥甲基胞嘧啶，這是DNA去甲基化的第一步。敲除Tet的小鼠TSC細(xì)胞株Ts-Rs26的研究顯示，Tet1/2可以維持細(xì)胞周期蛋白B1的穩(wěn)定，是細(xì)胞分裂周期從G2期到M期的必需物質(zhì)。由此說明Tet1/2在促進(jìn)TSC細(xì)胞分裂周期進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[32]。

3 結(jié)語

目前對胚胎的研究仍然處在初級階段，TSC分化調(diào)節(jié)機(jī)制的研究也只是其中一個(gè)分支，仍有許多與TSC自我更新和分化有關(guān)的基因、因子及信號通路等有待探索。此外，由于倫理限制，目前對于TSC的研究大多停留在體外研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，得出的成果對于人體胚胎僅可以作為參考。對于人類胎盤TSC仍需要進(jìn)一步研究，以期為人類胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞分化相關(guān)妊娠疾病的防治提供理論基礎(chǔ)。