胚胎干细胞(ESCs)的多能状态可分为“启动”状态和“幼稚”状态[1]。小鼠胚胎干细胞(mESCs)属于幼稚状态,而上皮干细胞(EpiSCs)则属于启动状态[2]。随着研究的深入,已经分离出了具有全能性的类囊胚细胞(TBLCs)、扩增潜能干细胞(EPSCs)和形成性多能干细胞(FSs)[3,4]。TBLCs在分子水平上与2细胞和4细胞囊胚相当[3,4]。EPSCs既可参与胚胎本身的形成,也可参与嵌合实验中的滋养外胚层发育[5,6]。FSs处于幼稚多能性和启动多能性之间的中间状态[7,8],它具有直接分化为原始生殖细胞(PGCs)并形成嵌合体的独特能力。虽然幼稚状态的ESCs具有生殖细胞传递能力,但在体外难以直接生成原始生殖细胞样细胞(PGCLCs)。相比之下,启动状态的ESCs既无法形成嵌合体,也无法诱导出PGCLCs。兔胚胎干细胞(rbESCs)的多能状态介于启动状态和幼稚状态之间[9],这可能代表了一种形成性状态,但尚未得到验证。
研究人员一直在努力探索提高rbESCs多能性的方法。以往用于提高人类和猴子ESC多能性的培养系统(如NHSM[10]、5iLA[11]、t2iLGöY[12]和LCDM[13])对rbESCs无效。相比之下,R5i培养系统能够支持兔诱导多能干细胞(rbiPSCs)形成类似mESCs的圆顶状菌落,但其多能性尚未得到验证[14]。这可能表明,不同物种在调控rbESCs幼稚多能性的信号通路方面存在差异。
Wnt通路在调控多能干细胞(PSCs)的多能状态中起着关键作用。在2i(CHIR99021, PD0325901)/LIF存在的情况下,添加选择性抑制Wnt/β-连环蛋白信号通路的药物XAV939,可以促进人类胚胎干细胞(hESCs)向幼稚状态转变,并帮助mESCs转化为EPSCs[15],[16],[17],[18]。尽管XAV939能增强ESC的多能性,但它无法维持其长期自我更新能力。然而,通过与CHIR99021的协同作用可以克服这一限制[19]。小分子抑制剂CHIR99021可作为Wnt/β-连环蛋白信号通路的激活剂,促进细胞增殖[20],并且在FS的生成中也起着重要作用[21]。总之,Wnt/β-连环蛋白信号通路对于多能性的获得和维持至关重要。
为了探究Wnt/β-连环蛋白信号通路是否在调控rbESCs的多能性中发挥类似作用,我们进行了以下研究。通过添加bFGF、CHIR99021和XAV939的培养条件,成功增强了从兔囊胚中提取的rbESCs的多能性,同时提高了其细胞活力。在生殖细胞定向能力方面,rbESCs在体外仅通过骨形态发生蛋白4(BMP4)的作用即可直接分化为PGCLCs。此外,经过Wnt/β-连环蛋白信号通路调节的rbESCs表现出更强的分化为PGCLCs的能力,且形成的PGCLCs与体内迁移阶段的PGCs更为相似。