摘要
人胚胎干细胞(humanembryonicstemcells,hESCs)来源于着床前的人囊胚内细胞团(innercellmass,ICM),具有无限自我更新能力及分化的多能性。这使得hESC不仅可为人早期胚胎发育的研究提供体外模型，还可为细胞治疗和药物筛选提供理想的细胞资源。全面认识hESC自我更新维持及命运调控机制是hESC得以充分应用的先决条件。信号通路是hESC核心调控网络中的重要组成部分。在本课题的研究中，我们发现血管内皮生长因子(VEGF)信号通路，在hESC中呈高度活化状态，并且该通路的活化对hESC自我更新状态的维持是必需的。在hESC中使用VEGF通路抑制剂、诱导敲除VEGFR1/2、或诱导过表达VEGF可溶性受体sFLT1/sKDR,均导致hESC退出自我更新并向滋养层方向分化。RNA-seq分析显示，抑制BMP信号通路和维持转录因子NANOG的持续表达介导了VEGF通路维持hESC自我更新的功能。与此结论一致，在hESC中，抑制BMP信号通路能够显著抑制VEGF信号通路失活所引起的滋养层分化。此外，过表达NANOG能够明显纠正VEGF信号通路失活所导致的多能性基因表达水平降低并抑制VEGF信号通路失活所导致的BMP信号通路激活及滋养层分化。ChIP-qPCR及RNA-seq结果显示，NANOG结合于BMP信号通路及滋养层分化相关基因的DNA调控元件，并抑制它们的表达。特别地，磷酸化蛋白质谱分析显示，VEGF信号通路失活导致NANOG上游调控因子OCT4蛋白290位点的丝氨酸磷酸化水平降低;ChIP-qPCR结果显示，抑制VEGF信号通路显著减弱OCT4蛋白在NANOG基因调控序列的结合。功能上，敲低OCT4显著降低NANOG的表达。这提示VEGF信号通路可能通过调控OCT4磷酸化维持NANOG的表达。我们还发现，NANOG结合于VEGFR1/2基因调控序列，并促进其表达，这提示VEGF通路与NANOG之间存在正反馈调控。在此基础上，我们利用VEGFR抑制剂实现诱导hESC分化为人滋养层干细胞(hTSC)样细胞，它具有类似hTSC的长期生长能力及分化为终末滋养层谱系的潜能。综上所述，本研究首次揭示VEGF信号通路在hESC特性维持中的重要作用。分子机制上，VEGF信号通路通过调控OCT4的磷酸化来维持NANOG的表达，进而促进下游多能性基因的表达并抑制BMP通路及滋养层分化，从而维持hESC的自我更新。这些研究结果丰富了我们对hESC命运决定调控信号通路的认知，建立了信号通路-信号通路及信号通路-转录因子之间的联系，也为优化hESC培养条件和为利用hESC高效建立hTSC提供新的视角。
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