非常小的胚胎样干细胞（VSELs）在再生医学中的潜在应用
来自华沙医科大学再生医学实验室及路易斯维尔大学干细胞研究所的团队发现，成人组织中存在具有跨胚层分化能力的早期发育干细胞，并成功将其命名为非常小的胚胎样干细胞（VSELs）。这些细胞不仅具备广泛的分化潜能，更重要的是无形成畸胎瘤风险。通过改进的体外扩增模型，VSELs的临床应用已具备可行性。本综述汇总了实验室及全球多个独立研究组关于VSELs的最新研究成果。
再生医学的核心挑战
再生医学两大核心目标：
- 利用干细胞（SCs）结合支架材料修复损伤组织
- 增强器官中成体干细胞的再生能力
尽管造血干细胞（HSCs）已成功应用于血液系统移植60年，但其他器官再生效果仍不理想。诱导多能干细胞（iPSCs）虽具分化潜能，却存在基因组不稳定、畸胎瘤形成风险等障碍。近期化学诱导iPSC治疗糖尿病患者的临床试验显示：
- 胰岛移植1年后血糖控制稳定
- 无严重不良事件或肿瘤发生
提示iPSC的临床前景。
VSELs的发现历程
本团队通过以下发现逐步揭示VSELs本质：
- 排除"干细胞可逆转分化"假说
- 提出三个替代机制：
- 分泌生物活性因子促进旁分泌效应
- 通过外泌体传递mRNA和蛋白质
- 激活组织特异性干细胞库
如图1所示，VSELs可能通过两种发育模式存在：
A 胚胎期消失模式：
- 内细胞团→多能干细胞→单能干细胞→出生后消失
B 组织驻留模式：
- 胚胎期沉积→作为单能干细胞的储备库
- 通过父本印记基因消除机制抑制畸胎瘤形成
VSELs的分子特征
通过单细胞cDNA文库分析发现：
- 小鼠VSELs：Sca-1+Lin-CD45-
- 人类VSELs：CD133+Lin-CD45- 或 CD34+Lin-CD45-
表达关键基因：
- 多能性基因（Oct-4, SSEA, Nanog）
- 胚胎干细胞（EpiSCs）标志基因
- 原始生殖细胞（PGCs）特征基因
透射电镜显示（图2）：
- 核质比高
- 胞浆含球状线粒体和核糖体
- 染色质呈松散的常染色质
VSELs的调控机制
通过表观遗传调控实现静息状态维持：
- 父本基因Igf2-H19和Rasgrf1位点去甲基化
- 母本Igf2R、Kcnq1-p57KIP2等位点超甲基化
- 通过补充NAD+前体（烟酰胺、丙戊酸钠）释放DNMT3L甲基转移酶
实现体外扩增（3000倍）且不形成畸胎瘤
生物学特性验证
多项研究证实VSELs跨胚层分化能力：
- 血液系统：OP9基质细胞诱导生成造血干细胞
- 骨骼系统：植入SCID小鼠形成骨组织（共定位Runx-2/CD31/PPAR）
- 心血管系统：改善心梗后左室功能，减少心肌肥大
- 肝脏再生：降低CCl4损伤小鼠的ALT/AST水平
- 肺泡修复：通过肺损伤模型分化为2型肺泡上皮细胞
临床应用新发现
近期重要进展：
- 心脏修复：
- 老年心衰患者心肌组织中VSELs数量随年龄减少
- 男性大鼠VSELs衍生心肌细胞在移植后通过Y染色体验证
- 肝脏再生：
- 肝细胞生长因子刺激后显著修复CCl4损伤
- 生殖医学：
- 卵巢表面分离的VSELs可形成卵母细胞
- 化疗后注射MSCs可恢复生精功能
- 肿瘤关联：
- 癌症患者外周血VSELs数量升高
- 可能通过为肿瘤提供基质和血管环境促进肿瘤发生
体外扩增策略
通过表观遗传调控实现体外扩增：
- 烟酰胺/丙戊酸钠抑制Sirt-1释放DNMT3L
- 联用FSH/LH/BMP-4/KL生长因子
- 体外扩增3000倍后仍保持小细胞形态
- 已取得相关技术专利
与衰老的关系
VSELs数量变化规律：
- Laron矮小鼠模型：IGF-1水平低→VSELs增多
- 限制热量摄入/规律运动→VSELs数量增加
- 持续高胰岛素信号→VSELs提前耗尽
组织损伤响应
VSELs的动员规律：
- 心肌梗死/中风/烧伤/炎症患者外周血升高
- 通过CXCR4、S1P受体响应SDF-1梯度迁移
- 与运动后肌肉损伤修复相关
单细胞测序新发现
本团队通过10x Genomics单细胞测序：
- 捕获3706个CD133+Lin-CD45-和1592个CD34+Lin-CD45-VSELs
- 鉴定出与生殖系相关的基因亚群
- 发现印记基因调控和早期发育命运决定基因
- 转录因子家族（包括同源盒基因）表达特征
未来发展方向
需平衡胰岛素/IGF信号（图5）：
- 过度激活→VSELs耗尽+癌症风险
- 适度调控（热量限制/运动/二甲双胍）→健康长寿
本研究提出的VSELs理论与Cancedda教授团队近期在《前沿》的综述相印证，揭示成人骨髓中存在小鼠胚胎干细胞（mESCs）特征的多能干细胞，这些细胞具有胚胎干细胞的自我更新能力但失去致瘤性。
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