LIF和VEGF通路在维持胚胎干细胞多能性中的对话机制研究

The study of embryonic stem cell brings a promising prospect of clinical therapy. So the maintaining of stemness is so important. Our pervious study indicates that even when supplemented with LIF, mESCs still tend to differentiate towards meso-endoderm lineages after long-term culture because of spontaneously secret of VEGFs. Blocking VEGF signaling with sunitinib, an anti-cancer drug and a RTK inhibitor mainly targeting VEGFRs, was capable of maintaining the mESCs in the undifferentiated state without the need for feeder cells or LIF. We also found that hypoxia-inducible factor alpha (HIF1a) and endoplasmic reticulum (ER) stress are involved in the production of VEGF in mESCs. Interestingly, LIF may also exert its effect by down regulating HIF1a and ER stress pathways and subsequent VEGF expression. But the relationship between LIF and VEGF signaling pathway was not clear and it’s unknown that the mechanism it. We suppose HIF1a and ER stress pathways were involved in this process. However, the effect of HIF1a and ER stress pathways on mESCs still has a controversy. In this study we will discuss well about the cross talking between LIF and VEGF signaling pathway and even the HIF1a and ER stress pathways. We make an aim to describe a profile of these new self-renewal relative signaling pathway and try to use these new target to find new chemicals for the pluripotency of stem cell and regeneration medicine.

胚胎干细胞的研究为治疗人类疾病带来希望，而体外培养并维持胚胎干细胞多能性是干细胞研究中的重要命题。我们前期研究发现即使在有LIF条件下，小鼠胚胎干细胞也容易自发分化，高表达并分泌VEGF。抑制VEGF通路可防止胚胎干细胞的自发分化促进自我更新。低氧诱导因子和内质网应激促进胚胎干细胞表达VEGF，抑制这两条通路对干性维持有利。此外我们发现LIF会下调VEGF表达，并且抑制内质网应激和低氧诱导因子，这提示LIF维持干性的作用不仅是JAK-STAT3通路，也可能通过抑制VEGF通路进而抑制干细胞自发分化。然而目前并不清楚LIF是如何影响VEGF表达的，我们推测内质网应激和低氧诱导因子可能是二者间重要的关联。然而，内质网应激和低氧诱导因子在干细胞中的作用目前仍存在争论。本课题将着重讨论干细胞中LIF和VEGF通路的对话机制，以及内质网应激和低氧诱导因子在维持干细胞自我更新的中的作用。

我们前期研究发现即使在白血病抑制因子（LIF）存在的条件下，小鼠胚胎干细胞很容易自发向中内胚层分化，并且分泌血管内皮生长因子（VEGF）。进⼀步研究显示缺氧诱导因子（HIF1a）和内质网应激促进胚胎干细胞分泌VEGF，抑制这两条通路都对小鼠胚胎干细胞干性维持有利(Chen et al., 2014) 。有趣的是LIF也会下调上述通路，提示LIF维持干性的作用不止是激活STAT3信号通路，也会通过其他通路如调节细胞应激状态，调控HIF1a表达水平，调节VEGF自分泌以及表达等。LIF培养条件是体外培养小鼠干细胞最重要的细胞微环境，目前针对LIF如何调控小鼠胚胎干细胞内部干细胞维持及分化信号通路，尤其是STAT3之外的通路并没有相关报道。本项目希望进⼀步研究LIF是如何影响VEGF表达，缺氧诱导因子HIF1a和内质网应激又在其中扮演怎样的角色？进一步探索细胞微环境因素（低氧条件，应激状态，体外培养基成分等等）对胚胎干细胞以及其他细胞体外培养的利弊关系。在研究LIF是否通过调控HIF1a及ER stress进而维持胚胎干细胞多能性的同时，我们发现细胞分化伴随HIF1a表达增高，这提示HIF1a在细胞分化过程中有一定作用，另外一方面也提示我们，细胞培养过程中的氧分压也许也是调控细胞状态的一项重要因素。我们的研究表明，生理氧条件可以作为原代肝细胞培养的⼀个重要条件，同时我们探究了潜在的机制，发现低氧可以抑制EMT，降低ROS水平，进而防止肝细胞分化和损伤。ERK和GSK信号通路的抑制剂可以作为肝细胞培养基的添加剂用于肝细胞形态和功能的维持。这部分工作已经于2017年发表于《科学报告》Scientific reports杂志。此外，我们又发现利用小分子化合物组合可以使小鼠成纤维细胞在一个转录因子条件下即可向肝细胞转分化。这些转分化获得的肝细胞样细胞在体内外均具有肝细胞特征，并可以挽救肝功能衰竭的小鼠生命。更有意思的是，这些转分化获得的肝样细胞比原代肝细胞更容易在体外培养扩增，这对于真正的临床应用也是非常有利的。这部分研究⼯作于2017年7月27日在线发表于《干细胞报道》（Stem Cell Reports）。