抑制mTOR可以可逆性暫停小鼠的囊胚發(fā)育

多能干細(xì)胞(pluripotent stem cell)，具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能。它是再生醫(yī)學(xué)的基石。雖然多能干細(xì)胞在體外可以無(wú)限增殖，但是在體內(nèi)它的多能性只能在囊胚植入后持續(xù)2-3天。當(dāng)然這一規(guī)則也有例外，即胚胎滯育，它是由一些不利條件觸發(fā)的可逆性暫停發(fā)育狀態(tài)。滯育是一種廣泛存在于動(dòng)物界的生理生殖策略，包括哺乳動(dòng)物，但其調(diào)節(jié)機(jī)制依然了解不多。

zui近nature上面就有一篇文章報(bào)道了mTOR對(duì)于囊胚發(fā)育的又一個(gè)新的功能。這篇文章報(bào)道的是雷帕霉素機(jī)制靶蛋白（mTOR），它可以感受營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)因子等調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)自噬等功能。部分抑制mTOR可導(dǎo)致小鼠囊胚發(fā)育的可逆性暫停，并可以延長(zhǎng)他們離體培養(yǎng)的時(shí)間。滯育的囊胚仍然具有多能性，并且能夠產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞，進(jìn)而產(chǎn)生活的、能繁殖的小鼠。

我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是自然條件下體內(nèi)滯育的囊胚,還是離體暫停的囊胚它們的mTOR活性，翻譯功能，以及與基因活性和轉(zhuǎn)錄相關(guān)的組蛋白修飾都是明顯降低的?？梢灾苯釉谂囵B(yǎng)的ES細(xì)胞中誘導(dǎo)停止，并持續(xù)數(shù)周而沒(méi)有明顯的細(xì)胞死亡或者細(xì)胞周期分布的差異。已暫停的ES細(xì)胞總體轉(zhuǎn)錄水平受到抑制，并且保持滯育囊胚的基因表達(dá)特征以及多能性。這些結(jié)果揭示了對(duì)應(yīng)滯育囊胚的外胚層一個(gè)新的多能干細(xì)胞狀態(tài)，表明mTOR在你植入前調(diào)控發(fā)育的時(shí)間。這一研究結(jié)果有助于輔助生殖，再生醫(yī)學(xué)，癌癥，代謝紊亂和衰老等領(lǐng)域。

圖1：抑制mTOR可以誘導(dǎo)體外囊胚暫停。

上圖顯示抑制CHX，Myc或HAT以后對(duì)囊胚存活沒(méi)什么影響，和對(duì)照相比只延長(zhǎng)zui多1天，但使用INK128抑制mTOR以后可以使囊胚培養(yǎng)延長(zhǎng)9-12天，而且仍然可以發(fā)育成ES細(xì)胞。

圖2： a、c是通過(guò)抑制mTOR獲得的囊胚，b、d是自然條件下體內(nèi)滯育的囊胚，二者細(xì)胞功能差不多。

圖3：抑制mTOR可以暫停ES細(xì)胞。

我們?cè)噲D通過(guò)在體外抑制mTOR來(lái)捕獲暫停的具有多功能狀態(tài)的細(xì)胞。在血清中加入mTOR抑制劑后培養(yǎng)的暫停的ES細(xì)胞比單獨(dú)的血清組或2i組的細(xì)胞生長(zhǎng)慢的多。被暫停的ES細(xì)胞可以在培養(yǎng)基中維持?jǐn)?shù)周而沒(méi)有明顯的細(xì)胞死亡，并且在mTOR抑制劑停止后快速恢復(fù)生長(zhǎng)。暫停的ES細(xì)胞組與血清組細(xì)胞具有相同的細(xì)胞周期分布，而2i組細(xì)胞在G0 / G1期細(xì)胞稍微多些。 然而，用于標(biāo)記S期的5-乙炔基-2'-脫氧尿苷（EdU）在暫停的細(xì)胞組中比在血清組中稀釋得慢得多。

圖4：暫停的ES細(xì)胞整體轉(zhuǎn)錄水平受到抑制并且可以模擬滯育。

接下來(lái)我們用以前發(fā)表過(guò)的各種階段包括滯育階段轉(zhuǎn)錄組的各個(gè)基因，來(lái)比較血清組、2i組和暫停的ES細(xì)胞組有沒(méi)有差異。暫停的ES細(xì)胞組轉(zhuǎn)錄水平明顯受到抑制?？傊覀儽砻髁艘种苖TOR以后可以使哺乳動(dòng)物胚胎在體外培養(yǎng)時(shí)可逆性暫停。

mTOR是小鼠胚胎生長(zhǎng)的必要條件。我們的研究發(fā)現(xiàn)，抑制mTOR以后可以使囊胚進(jìn)入暫停的多能干細(xì)胞狀態(tài)，而且可以在體內(nèi)持續(xù)幾個(gè)星期。這些結(jié)果為胚胎滯育的遺傳和分子解剖鋪平了道路。 我們推測(cè)抑制mTOR對(duì)轉(zhuǎn)錄，翻譯和代謝的整體左右對(duì)囊胚的暫停發(fā)育可能是重要的。我們更有興趣去探索mTOR信號(hào)通路在輔助生殖，再生醫(yī)學(xué)，創(chuàng)傷和衰老后保持細(xì)胞活力上的作用。 此外，它可以暫停胚胎發(fā)育的這個(gè)功能也可以考慮用于癌癥治療當(dāng)中。