来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
猪外胚层来源的多能干细胞被认为在人类治疗模型开发和牲畜育种方面具有巨大的潜力和广阔的前景。尽管自 1990 年代以来不断尝试，但尚未建立稳定定义的猪外胚层衍生干细胞系。
2021年11月30日，中国农业大学韩建永，四川农业大学李明洲，中国科学院北京基因组研究所郑彩宏及东北农业大学刘忠华共同通讯在Cell Research在线发表题为“Generation and characterization of stable pig pregastrulation epiblast stem cell lines”的研究论文，该研究根据对从胚胎日 (E) 0 到 E14 的猪胚胎的大规模单细胞转录组分析的见解，特别是在外胚层发育过程中追踪多能性变化，该研究开发了一种体外培养基，用于建立和维持来自猪 E10 原肠胚形成前外胚层 (pgEpiSCs) 的稳定多能干细胞系。
通过化学抑制 WNT 相关信号与 FGF/ERK、JAK/STAT3 和激活素/Nodal 通路中的生长因子相结合，pgEpiSCs 保持其多能性转录组特征，pgEpiSCs 显示出原肠胚形成前外胚层的多能性和分子特性，表达多能性标志物，保持 240 代以上的稳定性，并具有高效畸胎瘤形成和分化为不同细胞类型的能力。引人注目的是，超深原位 Hi-C 分析揭示了染色质 3D 空间关联对 pgEpiSCs 中多能性标记基因转录调控的功能影响。在实践中，该研究证实 pgEpiSCs 容易耐受至少三轮连续基因编辑并生成克隆的基因编辑活仔猪。该研究结果实现了猪多能干细胞的长期稳定，并为生物研究、畜牧业和再生生物医学开辟了新的途径。
在发育过程中，外胚层由胚泡的内细胞团 (ICM) 指定，并产生所有体细胞和生殖细胞谱系，从而产生适当的胚胎。在多能性方面，外胚层细胞是多能性干细胞 (PSC)的重要来源，包括小鼠胚胎干细胞 (ESC)，它们来自胚泡的幼稚外胚层；外胚层干细胞 (EpiSCs)，它们来自发育后期的外胚层。最近，形成性（或“中间”）多能干细胞成功地从小鼠原肠胚形成前外胚层中获得。人类传统 ESC 源自囊胚的 ICM，并显示出类似于小鼠 EpiSC 的多能性特征，还可以获得具有幼稚或形成性多能状态的人类 PSC。
与许多其他动物模型相比，猪在胚胎发育、解剖学和生理学方面与人类更相似，因此来自外胚层的稳定猪 PSC 应该是深入了解其特性的极好模型。人类 PSC，可能使人类发育模型的信息应用成为可能。稳定的猪 PSC 和准确的多基因编辑技术的结合将对生物医学研究和农业动物育种产生重大影响。
令人惊讶的是，尽管自 1990 年代以来进行了广泛和持续的尝试，但尚未从不同阶段的 ICM 或外胚层中获得长期传代的稳定猪 PSC 系。有人提出，胚胎发生过程中的种间差异和早期胚胎发育过程中调节多能性的信号通路的异质性，可能解释了数十年来未能将人类和小鼠的细胞培养技术应用于猪的原因。
pgEpiSCs 可以耐受多轮连续的基因编辑，并且可以生成克隆的基因编辑活仔猪（图源自Cell Research）
关于胚胎发生和 ESC 建立的分子基础，对猪的研究大大落后于现在可用于小鼠、人类和非人类灵长类动物的高分辨率分析图谱。鉴于已经有基于单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 技术的大规模复制研究，来描绘早期胚胎并追踪小鼠、人类和猴子的谱系轨迹和胚胎到干细胞的转变，现有的猪胚胎单细胞转录组研究并没有为植入前胚胎提供准确和高分辨率的转录组图谱，这可能是因为很难获得不同的发育阶段足够数量的胚胎细胞。
在这里，该研究收集了植入前猪胚胎并进行了所有阶段（E0-E14 期间的每一天）的 scRNA-seq，以全面描绘早期猪胚胎发育和多能性变化的分子基础。随后，基于分析工作对 WNT 信号传导机制的深入了解，该研究开发了一种培养基（称为“3i/LAF”），它很容易支持从 E8-E10 前原肠外胚层（指定为 pgEpiSCs）建立稳定的猪外胚层干细胞系。
广泛的表征表明，这些 pgEpiSCs 显示出原肠胚形成前外胚层的多能性和分子特性，表达多能性标志物，保持 240 代以上的稳定性，并具有高效畸胎瘤形成和分化为不同细胞类型的能力。该研究使用 pgEpiSCs 实现了多轮连续的基因编辑，然后使用基因编辑的供体细胞进行细胞核移植，成功生成纯合编辑的仔猪。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41422-021-00592-9
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