抑制mTOR可以可逆性暫停小鼠的囊胚發(fā)育

多能干細胞(pluripotent stem cell)，具有分化出多種細胞組織的潛能。它是再生醫(yī)學的基石。雖然多能干細胞在體外可以無限增殖，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物界的生理生殖策略，包括哺乳動物，但其調(diào)節(jié)機制依然了解不多。

zui近nature上面就有一篇文章報道了mTOR對于囊胚發(fā)育的又一個新的功能。這篇文章報道的是雷帕霉素機制靶蛋白（mTOR），它可以感受營養(yǎng)和生長因子等調(diào)節(jié)細胞的生長自噬等功能。部分抑制mTOR可導致小鼠囊胚發(fā)育的可逆性暫停，并可以延長他們離體培養(yǎng)的時間。滯育的囊胚仍然具有多能性，并且能夠產(chǎn)生胚胎干細胞，進而產(chǎn)生活的、能繁殖的小鼠。

我們發(fā)現(xiàn)無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細胞中誘導停止，并持續(xù)數(shù)周而沒有明顯的細胞死亡或者細胞周期分布的差異。已暫停的ES細胞總體轉(zhuǎn)錄水平受到抑制，并且保持滯育囊胚的基因表達特征以及多能性。這些結(jié)果揭示了對應(yīng)滯育囊胚的外胚層一個新的多能干細胞狀態(tài)，表明mTOR在你植入前調(diào)控發(fā)育的時間。這一研究結(jié)果有助于輔助生殖，再生醫(yī)學，癌癥，代謝紊亂和衰老等領(lǐng)域。

圖1：抑制mTOR可以誘導體外囊胚暫停。

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

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

圖3：抑制mTOR可以暫停ES細胞。

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

圖4：暫停的ES細胞整體轉(zhuǎn)錄水平受到抑制并且可以模擬滯育。

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

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