小鼠胚胎干细胞中2C-like细胞研究进展

小鼠胚胎干细胞(embryonic stem cell, ESC)由小鼠囊胚的内细胞团体外培养获得.小鼠胚胎干细胞可贡献到胚胎的3个胚层,但缺乏形成胚外组织的能力,因此,小鼠胚胎干细胞被认为具有多能性(pluripotent),而不是全能性(totipotent).值得注意的是,小鼠胚胎干细胞中含有少量的亚细胞群(小于1%),其基因表达模式类似2-细胞期胚胎,这一类细胞称为2-细胞期胚胎样细胞(2-cell embryo like cell, 2C-like cell).在适当的体外培养条件下,小鼠胚胎干细胞和诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cell, iPSC)中均会自发产生少量的2C-like细胞. 2C-like细胞具有全能性和独特的发育特性,嵌合体实验证明其可同时贡献到胚胎和胚外组织中,因此2C-like细胞可以作为体外研究全能性干细胞的理想模型.本文就2C-like细胞的发现、分子调控机制、染色质特征、激活策略以及与体细胞重编程之间的关系等进行综述.     

科学家首次“造”出小鼠胚胎

正科学家一直对人类胚胎早期发育过程抱有极大兴趣,希望能借此了解早期妊娠失败的原因。英国研究人员日前在2017年3月3日出版的《科学》杂志上报告说,他们利用小鼠两种不同类型的干细胞,首次完全在体外培育出了小鼠胚胎。哺乳动物受精卵要经历多次分裂,生成大量干细胞。这些干细胞中,一部分最终形成胚胎身体的,叫作胚胎干细胞。这些胚胎干细胞集聚到一起,形成了胚胎的早期阶段——胚泡。胚泡中还存在另外两种干细     

自然信息

精子细胞有望替代胚胎干细胞迄今为止,已有3个国家的科学家宣布,成功地从成体小鼠的睾丸中提取到带有胚胎干细胞特性的细胞。最早是日本京都大学的一位小鼠胚胎干细胞专家T.希诺哈拉(T.Shinohara)于2004年宣布,从小鼠睾丸内分离出了可重新进入程序化的细胞。其次是美国加利福尼亚州,Pri meGen生物技术公司的副总经理弗朗西斯科·席尔瓦(Francisco Sil-va),在一次科学会议上透露,在对22个小鼠睾丸样品的研究中,得到了可重新进入程序化的胚胎样细胞。他同时声明,将很快公布实验成果。在2006年3月4日出版的《自然》上,德国乔治·奥古斯特大…     

以胚胎干细胞为核供体能促进异种重构胚的体外发育

体细胞在异种成熟的去核卵母细胞中能够去分化和重编程,并能发育到囊胚,甚至能全程发育正常出生。为了评价胚胎干细胞作为供核细胞在异种动物克隆中的意义,以小鼠胚胎干细胞（ES）为核供体,兔成熟的去核卵母细胞为受体构建异种重构胚,分析其在体外的发育能力,并以小鼠胚胎成纤维细胞和成年小鼠外耳皮肤的成纤维细胞为对照。通过核移植的方法分别把3种细胞移入成熟的兔去核卵母细胞透明带下,经电融合和激活后,在体外培养,胚胎干细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚在体外发育到囊胚的比例为16.1％,明显高于用成年小鼠外耳皮肤成纤维细胞（0％～3.1％,P<0.05）和小鼠胚胎成纤维细胞（2.1％～3.7％,P<0.05）所构建的异种重构胚的体外囊胚发育率.重构囊胚细胞经染色体分析,证实其染色体来源于小鼠胚胎干细胞。以上结果显示,用胚胎干细胞作为供核细胞,比体细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚更容易进行重编程,并且胚胎干细胞指导异种克隆胚胎正常发育的能力强于体细胞。     

2-细胞小鼠胚胎电融合后的体外发育

细胞融合是研究细胞调节机理和多倍体对发育作用的技术。研究多倍体胚胎常用的手段是采用灭活的仙苔病毒(ISV)融合法、聚乙二醇(PEG)诱导融合法、细胞松弛素B(CB)介导法和电融合(EF)法。国外学者采用这4种方法均获得小鼠、大鼠和兔融合胚胎,分别研究了融合胚胎在体内或体外的发育。目前国内对小鼠多倍体胚胎研究的报道很少。黄少华等报道的小鼠电融合胚胎在体外培养时分裂率很低,未能从核型证明融合胚胎为四倍体,因为只有个别分裂胚胎在体外发育到8-细胞阶段。本实验采用电融合法研究2-细胞小鼠胚胎融合后的体外分裂及发育,并利用细胞遗传学方法分析融合后胚胎体外发育而成的附植前胚胎的染色体分裂相和分裂球数目,证明胚胎的多倍性及分裂率;通过与正常1-细胞和2-细胞小鼠胚胎体外发育结果进行比较,揭示电融合胚胎在体外分裂与发育的规律,为进一步研究多倍体胚胎发育机制提供参考。     

两性小鼠核移植胚胎干细胞系的建立及其在胚胎干细胞多能性评估中的研究

治疗性克隆的安全性与风险性是阻碍治疗性克隆发展的关键环节之一. 由于受到社会伦理问题的限制, 人胚胎干细胞的多能性检测只能通过畸胎瘤的方式鉴定, 与传统的小鼠生殖系嵌合鉴定方式不同. 但是两种多能性检测方式之间的区别还不清楚. 本研究利用遗传突变两性小鼠心肌成纤维细胞作为核移植供体细胞, 构建核移植胚胎, 经过体外培养获得克隆囊胚, 建立核移植胚胎干细胞系. 对胚胎干细胞系的鉴定结果表明, 两性小鼠核移植胚胎干细胞系表达所有小鼠胚胎干细胞系多能性及特异的分子标记, 如碱性磷酸酶活性, Oct4, Nanog, SSEA-1等, 干细胞注射到免疫缺陷小鼠(SCID)体内能够形成含有三胚层分化附属物的畸胎瘤组织, 证明两性小鼠核移植胚胎干细胞系具有多能性. 但通过囊胚注射的方式获得的二倍体嵌合小鼠经过交配不能获得生殖系嵌合的小鼠, 因而两性小鼠核移植胚胎干细胞系并不具有全能性, 说明体内形成三胚层分化附属物的畸胎瘤组织并不能替代传统的生殖系嵌合, 提示在人治疗性克隆胚胎干细胞系多能性鉴定中, 仍然需要更多、更严格的标准, 进而最大程度地降低治疗性克隆临床应用的风险性.     

人类成纤维细胞作为人胚胎干细胞饲养层细胞的初步研究

为了避免将来应用时，人类胚胎干细胞接触到小鼠细胞和小鼠可能存在的病理原体，利用人类自身的成纤维细胞作为体外培养人胚胎干细胞的饲养层一直是其将来应用中需要解决的问题，用流产胎儿和成体包皮细胞分离的成纤维细胞作为饲养层，成功地将人类胚胎干细胞传代，传代过程中的人ES细胞在人的成纤维细胞层上保持不分化的特征。     

胚胎干细胞的研究与利用

小鼠胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ,ＥＳ ｃｅｌｌ）由小鼠囊胚期内细胞团（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ ｍａｓｓ）分离得到,具有在体外保持不分我限增殖能力;在胎鼠或成鼠体内胚胎干细胞可以分化形成各种细胞类型;在合适的增减条件下,胚胎干细胞可以定向诱经形成多种细胞类型。人们利用胚胎干细胞建立了多种细胞、组织的体外分化模型,发现并确定了一系列新的生物海性因子,并用于研究哺乳动物早期发育中细     

血管内皮生长因子在小鼠胚胎植入"窗口"的表达和功能

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor ,VEGF)是一种特异作用于血管内皮细胞,与血管生成密切相关的生长因子,目前已知VEGF参与胚胎植入及胚胎的血管发生,但是仍不清楚VEGF在植入窗口期的表达情况和具体功能,实验应用离体和间接免疫荧光－激光共聚焦扫描等方法对VEGF在胚胎植入窗口的表达和功能进行了研究,研究发现,VEGF的分布在体外培养的处于植入“窗口”期的小鼠胚泡及其扩展的滋养层细胞和子宫上皮细胞单层上;VEGF抗体能够显著降低在体小鼠胚胎的着床数,在共培养体系中,VEGF抗体能够显著降低小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附率和扩展率,此作用具有剂量依赖关系,实验表明,VEGF是一种在胚胎植入过程中起重要作用的细胞因子,VEGF可能作为植入胚胎及接受性子宫内膜之间的“局部介导者”（local mediator),参与母胎间的信息传递,促进胚胎植入。     

LIF, VEGF, CD57和CD68在大鼠胚胎移入小鼠子宫后的表达

种间妊娠失败是异种克隆的主要障碍. 为探讨种间妊娠失败的原因, 将大鼠囊胚移入假孕第3天的小鼠子宫内. 以前的研究显示, 大鼠胚胎只能在小鼠子宫内发育到第9天. 本实验结果表明, 异种胚胎移植后母胎界面CD57和CD68分子表达较同种移植的增强. 免疫组织化学和免疫印迹研究均显示, 异种胚胎移植后白血病抑制因子(LIF)表达增强, 但血管内皮生长因子(VEGF)表达下降. 在体外共培养系统中, 大鼠外胎盘锥在小鼠子宫蜕膜细胞上黏附率、扩展率和扩展面积较同种的显著降低. 这些结果提示, 大、小鼠种间妊娠中免疫排斥反应增强, 异种胚胎侵入能力降低, 可能是导致大、小鼠种间妊娠失败的重要原因.     

整合素 aVβ3在小鼠胚胎植入中的作用

整合素是一类由a , b 亚基构成的异二聚体黏附分子, 能够调节细胞间的黏附和细胞通讯. 近期研究表明, 整合素αVβ3在胚胎"植入窗口"期能够参与母胎相互作用, 是子宫内膜接受性的标记分子, 同时决定胚胎侵入性. 就此作用机理作了进一步研究. 间接免疫荧光和激光共聚焦扫描 (confocal) 结果显示, 整合素αVβ3在小鼠胚泡中明显表达. 妊娠第3天小鼠子宫角注射αVβ3抗血清显著降低妊娠第8天子宫角的着床胚胎数 (P < 0.001). 在共培养体系中, 1∶100 和1∶200稀释度的整合素αVβ3抗血清对小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附和扩展有显著抑制作用. 相关分析显示, 整合素αVβ3抗血清的这种抑制作用具浓度/稀释度依赖性. 由此可见, 整合素αVβ3是小鼠胚胎植入子宫内膜中的必需因子, 它在"植入窗口"期的小鼠胚泡中明显表达, 能够通过作用于胚泡滋养层在子宫上皮细胞的黏附和扩展途径来调节胚胎植入过程.     

核移植方法和活化方法对小鼠体细胞克隆胚胎发育的影响

用卵丘细胞为核供体进行小鼠体细胞克隆, 成功获得了一批成年体细胞克隆小鼠. 为探讨不同核移植方法和重构胚活化方法对小鼠克隆胚发育的影响, 用B6D2F1小鼠的卵丘细胞和卵母细胞作为供、受体进行核移植实验, 采用电融合和细胞质内直接显微注射的方法进行核移植, 并采用电脉冲、乙醇处理、氯化锶处理和电脉冲联合氯化锶4种不同方法对重构胚进行活化, 对克隆胚胎的体外及体内发育进行研究. 结果显示, 利用显微注射法获得重构胚胎的工作效率(90.7%)显著高于融合法获得重构胚胎的工作效率(49.7%). 乙醇、电脉冲和氯化锶3种激活方法都可以诱导孤雌胚发育到囊胚, 但前二者处理的胚胎的囊胚发育率(52.4%, 54.2%)显著低于后者(76.9%). 10 mmol/L氯化锶处理6 h活化效果最好. 融合法获得的重构胚经氯化锶或者电脉冲联合氯化锶激活后, 囊胚发育率(9.5%, 8.6%)显著高于单纯电脉冲激活(2.6%), 而乙醇活化的重构胚没有发育到囊胚阶段. 用显微注射法经氯化锶激活获得的重构胚的囊胚发育率最高(16.6%). 注射法和融合法获得的重构胚胎经氯化锶激活后进行胚胎移植, 都获得了发育到期的体细胞克隆小鼠, 发育到期率分别为 2.5%和1.4%. 结果表明, 两种核移植方法对B6D2F1 小鼠重构胚胎的早期发育能力有一定影响, 用这两种方法都可以获得体细胞克隆小鼠; 不同活化方法对重构胚胎的体外发育能力有显著影响, 在上述4种激活方式中, 氯化锶处理对克隆胚的激活效果最好.     

一氧化氮对小鼠胚胎植入的调控

采用子宫角注射及酶谱方法研究了一氧化氮（NO）对小鼠胚胎植入的影响.受试小鼠于妊娠第3天（D3）在一侧子宫角内注射不同剂量一氧化氮合酶（NOS）抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲酯（L-NAME）,另一侧子宫角为对照侧;小鼠于D7颈椎脱臼处死,观察并统计每侧子宫角植入胚胎数.结果发现,与对照侧相比,L-NAME0.05 mg/只处理组胚胎植入数无明显变化（P>0.05）;L-NAME0.2mg/只处理组植入胚胎数显著降低（P<0.05）.在L-NAME中加入NO供体硝普钠（SNP）时,则不影响胚胎植入数（P>0.05）.为进一步探讨NO在胚胎植入中的作用机理,用明胶酶谱方法检测了子官中基质金属蛋白酶-2和-9（MMPs）的活性,结果显示:与对照侧相比,L-NAME 0.2mg/只处理组子宫中 MMP-2的活性没有变化,而 MMP-9活性显著下降;L-NAME与SNP合并应用后,MMP-9的活性恢复正常.结果表明,NO对小鼠胚胎植入起促进作用,这种作用可能是通过影响MMP-9的活性实现的.     

貉早期胚胎核仁分化的研究

研究哺乳动物的早期胚胎发育对于体外受精和胚胎移植等技术的应用具有重要意义.早期胚胎发育中核仁的分化,是胚胎细胞基因活动的重要标志.最早期的哺乳动物胚胎发育是受母本的mRNA和蛋白控制的,而胚胎发育到一定阶段才开始表达自身的基因.因而,胚胎的早期发育就是一个从母本基因向胚胎基因控制转变的过程,也即基因差次表达的过程.不同种动物胚胎基因起动的时间是不一致的,如小鼠发生在2细胞期,牛为8细胞期,绵羊为16细胞期,而人为8—16细胞阶段.在貉早期发育胚胎基因表达的时间,尚不清楚.     

体外定向诱导胚胎干细胞为造血细胞

采用分阶段诱导小鼠和人胚胎细胞分化的培养体系,用流式细胞仪,免疫组织化学及Ｗｒｉｇｈｔ染色鉴定细胞,探索体外定向诱导小鼠及人的胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ,ＥＳ）为造血细胞的方法,为胚胎干细胞来源的造血细胞应用于临床,以及研究造血细胞发育机制奠定基础。     

基质金属蛋白酶-26(MMP-26)在小鼠胚胎植入过程中的作用

基质金属蛋白酶-26（MMP-26，又称Endometase或基质水解素-2）是MMPs家族的一个新成员，它可在胎盘，子宫以及不同肿瘤细胞系中表达，采用子宫角注射，免疫组化，原位杂交，胚泡与子宫上皮单层培养，免疫印迹，RT-PCR和RNA印迹等多种体内外实验方法研究并报道了MMP-26在小鼠胚胎中的表达以及MMP-26抗体在胚胎植入中的作用，研究表明，MMP-26的mRNA与蛋白在小鼠胚泡中均有强烈的表达，此外，体内研究显示，MMP-26抗体能显著抑制小鼠胚胎的着床；在体外培养体系中，MMP-26抗体可显著抑制小鼠胚泡在子宫上皮单层上的黏附与扩展；同时，MMP-26抗体以剂量依赖关系抑制整合素αV亚基mRNA和蛋白的表达，研究提示，MMP-26可能直接或间接参与滋养层细胞侵入子宫内膜的过程，促使小鼠胚泡成功植入。     

血管内皮生长因子在小鼠胚胎植入“窗口”的表达和功能

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种特异作用于血管内皮细胞,与血管生成密切相关的生长因子.目前已知VEGF参与胚胎植入及胚胎的血管发生. 但是仍不清楚VEGF在植入“窗口”期的表达情况和具体功能.实验应用离体和间接免疫荧光-激光共聚焦扫描等方法对VEGF在胚胎植入“窗口”的表达和功能进行了研究.研究发现, VEGF的分布在体外培养的处于植入“窗口”期的小鼠胚泡及其扩展的滋养层细胞和子宫上皮细胞单层上;VEGF抗体能够显著降低在体小鼠胚胎的着床数;在共培养体系中,VEGF抗体能够显著降低小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附率和扩展率, 此作用具有剂量依赖关系.实验表明,VEGF是一种在胚胎植入过程中起重要作用的细胞因子,VEGF可能作为植入胚胎及接受性子宫内膜之间的“局部介导者”(local mediator),参与母胎间的信息传递, 促进胚胎植入.     

小鼠基因剔除技术

2007年诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国犹他大学教授卡佩基(M.R. Capecchi)、美国北卡罗来纳州大学教授史密西斯(O.Smithies)和英国卡迪夫大学教授埃文斯(M.J.Evans),以表彰他们在1980年代分别建立了小鼠胚胎干细胞系和对胚胎干细胞染色体DNA进行定点突变的DNA同源重组技术,从而实现了人们对小鼠基因组进行定点改造的可能.     

整合素 α Vβ 3在小鼠胚胎植入中的作用

整合素是一类由α , β 亚基构成的异二聚体黏附分子, 能够调节细胞间的黏附和细胞通讯. 近期研究表明, 整合素α Vβ 3在胚胎“植入窗口”期能够参与母胎相互作用, 是子宫内膜接受性的标记分子, 同时决定胚胎侵入性. 就此作用机理作了进一步研究. 间接免疫荧光和激光共聚焦扫描 (confocal) 结果显示, 整合素α Vβ 3在小鼠胚泡中明显表达. 妊娠第3天小鼠子宫角注射α Vβ 3抗血清显著降低妊娠第8天子宫角的着床胚胎数 (P < 0.001). 在共培养体系中, 1∶100 和1∶200稀释度的整合素α Vβ 3抗血清对小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附和扩展有显著抑制作用. 相关分析显示, 整合素α Vβ 3抗血清的这种抑制作用具浓度/稀释度依赖性. 由此可见, 整合素α Vβ 3是小鼠胚胎植入子宫内膜中的必需因子, 它在“植入窗口”期的小鼠胚泡中明显表达, 能够通过作用于胚泡滋养层在子宫上皮细胞的黏附和扩展途径来调节胚胎植入过程.     

不同类型核受体对小鼠体细胞重构胚胎发育能力的影响

为探讨昆明白小鼠不同类型的卵胞质对小鼠体细胞核移植胚胎发育的影响, 采用C57BL/6小鼠耳成纤维细胞为核供体, 昆明白小鼠卵母细胞为核受体进行单次核移植, 同时采用将重构胚类合子核移入去核合子、重构胚2-细胞卵裂球细胞核移入去核MⅡ期卵的方法进行连续核移植, 通过将重构胚2-细胞卵裂球与正常昆明白小鼠2-细胞胚胎卵裂球交换融合得到四倍体胚胎. 对所得胚胎进行体外培养, 结果发现, 以去核的昆明白小鼠MⅡ期卵母细胞为核受体进行单次核移植所得到的重构胚胎发育率很低, 且只能发育到8-细胞阶段. 两种连续核移植重构胚发育率均有所提高, 但仅重构胚类合子核移入去核合子时有囊胚出现, 囊胚发育率为1.9%. 重构四倍体胚胎囊胚发育率却很高(62.3%), 染色体分析表明其中51.5%为真正的四倍体. 结果表明, 昆明白小鼠不同类型核受体对重构胚胎的发育能力有显著影响, 其去核卵母细胞胞质对体细胞核重编程的能力较弱, 而当其与正常受精卵胞质共同作用时可较好地对体细胞核重编程.