全球首次!港大教授研发获取干细胞的新方法

来自香港大学李嘉诚医学院（港大医学院）的刘澎涛教授团队，研发了一种获取干细胞的新方法，在全球首次成功获得猪和人的扩增潜能干细胞（EPSCs），这些干细胞具有胚胎发育初期细胞的特征，可以发育成任何类型的细胞，这类细胞也被称为全能细胞。

猪和人类扩增潜能干细胞的建立，为研究人类发育和再生医学提供了巨大的潜力。刘澎涛在接受 DeepTech 采访时表示，除了在一些啮齿类及灵长类动物以外，很多胚胎干细胞领域的科学家已经做了很多的尝试，都无法在其他哺乳类动物中建立胚胎干细胞株，尤其是猪。最新研究证实从猪和人类身上均能取得扩展潜能干细胞。

就像一张窗户纸捅破之后，现在诸多前沿生物技术都可以用在这个细胞上，将为研究胚胎发育，以及为基因组学、再生医学、生物科技及农业的转化研究带来巨大突破。

这项研究由刘澎涛团队主导，英国剑桥维康桑格研究院及德国联邦动物卫生研究院的研究人员参与合作。论文发表在 6 月 3 日的 Nature Cell Biology 杂志上。

图 | 香港大学刘澎涛教授（右）、杨树标教授（中）和助理教授张知恒博士（左）（图片来源：香港大学官网）

首次创建扩增潜能干细胞

在上世纪 70 和 80 年代，科学家首次从小鼠囊胚建立胚胎干细胞系。但迄今为止，除了在一些啮齿类及灵长类动物以外，科学家一直较难从其他哺乳类动物建立胚胎干细胞株。

目前得到的胚胎干细胞，是在受精卵发育成大约 100 个细胞的胚囊阶段提取的，而荣获 2012 年诺贝尔生理或医学奖的诱导多能干细胞，也只能发育成某些特定的细胞谱系。

截至目前，胚胎干细胞一般都是来自于最少有数十个细胞的着床前胚胎（又称囊胚）。在囊胚形成前，胚胎细胞仍然具备分化成不同种类细胞的可能性，因此具有全能性特征。

刘澎涛团队在多年前就提出新的扩增潜能干细胞构想，他们认为从比囊胚期更早期的着床前胚胎建立干细胞体系，成功的机会可能更大。

刘澎涛实验室于 2017 年在小鼠干细胞研究中首次发现突破性的进展，找到了细胞谱系分化的主要分子路径，并建立了小鼠 EPSC 细胞系。EPSCs 从囊胚形成前的着床前胚胎取得，因此 EPSCs 也备有全能干细胞特色。

刘澎涛认为，发育最初期的细胞应该比胚胎干细胞编程更少，所以他们发明了一种从发育最初阶段，比如受精卵仅分化成 4 个或 8 个细胞的阶段开始培育干细胞的新方法，并成功创建了小鼠扩展潜能干细胞。

研究人员在对这些发育最初期细胞进行培育后发现，新细胞保持了发育最初期细胞的特征。他们还对小鼠的胚胎干细胞和诱导多能干细胞重新编程，制造出 EPSCs。

扩展潜能干细胞拥有的发育特质是传统或是标准的胚胎干细胞或诱导性多功能干细胞所没有的。扩展潜能干细胞具备分化为胚胎及胚胎外细胞谱系的潜力，包括胎盘里的滋胚层和卵黄囊的细胞，把发育生长的时钟逆转到细胞最早期的类型。扩展潜能干细胞也可以让研究人员研究早期胚胎的发育、以及流产和发育障碍的原因。

将新方法拓展到猪的研究

而在这项最新研究中，刘澎涛团队认为在小鼠中获取扩展潜能干细胞的新方法，或许也能用在猪及人类身上。

猪具有重要的生物医学研究价值，因为其遗传基因、身体构造及生理机能（如器官大小）与人类相近。如果能够改造猪只的干细胞基因，不但对动物健康及养殖生产将大有助益，也直接促进生物医学研究，比如器官移植。

刘澎涛表示，越早在哺乳类动物胚胎发育初期取得干细胞，细胞中物种之间可能存在的差异越小，EPSC 技术应用在多种哺乳类物种上的成功机会就越大。这项研究的目的就是研究在什么条件下，可以在不同物种的胚胎发育的最早期取得干细胞。胚胎发育最早期的胚胎细胞犹如一张白纸，这次研究结果证明，这个构思和猜想基本上是正确的。

“过去数十年，科研人员不断尝试提取猪胚胎干细胞，但是只取得有限的进展。现在我们使用 EPSC 科技成功地从猪着床前胚胎建立干细胞培养体系，并系统地分析这些新型干细胞的发育、细胞和分子特征。重要的是，我们亦以同样方法取得类似的人类 EPSC 干细胞。这些研究成果，以及我们以前发表的小鼠 EPSCs，标示着胚胎干细胞研究向前迈进重要的一步。”

该项研究证实从猪只及人类身上，均能取得扩展潜能干细胞，其中以猪只的 EPSCs 研究结果尤其重要，因为这是科研人员首次在猪早期胚胎中取得干细胞，而人类的 EPSCs 则可为人体的发育成长及再生医学研究提供新的细胞来源。

至今，刘澎涛团队已经成功从小鼠、猪只和人类取得 EPSCs。这些来自不同物种的干细胞，有相似的分子特性，而且容易作多次基因编辑。人类的 EPSCs 除了可以分化为人体的所有细胞类型，以及可用于人类疾病和再生医学研究之用，也由于人类的 EPSCs 可产生大量胎盘滋养层细胞，还可以提供研究妊娠并发症如子痫前期及流产等的机会。

本研究的共同第一作者、德国联邦动物卫生研究院的 Dr Monika Nowak-Imialek 表示，从猪胚胎分离出来的 EPSCs 是全球首个拥有完整特征的猪胚胎干细胞株。由于 EPSC 具有分化成所有种类细胞的发育潜能，它们将可以极大程度促进发育生物学、再生医学、器官移植、疾病模型，动物健康、农业及生物科技。

刘澎涛教授也向 DeepTech 表示，他们会继续拓展 EPSC 技术的研究，也会与不同的机构进行应用研究合作，比如可以做非洲猪瘟感染分子机制的研究。