抑制mTOR可以可逆性暫停小鼠的囊胚發育

多能干細胞(pluripotent stem cell)，具有分化出多種細胞組織的潛能。它是再生醫學的基石。雖然多能干細胞在體外可以無限增殖，但是在體內它的多能性只能在囊胚植入后持續2-3天。當然這一規則也有例外，即胚胎滯育，它是由一些不利條件觸發的可逆性暫停發育狀態。滯育是一種廣泛存在于動物界的生理生殖策略，包括哺乳動物，但其調節機制依然了解不多。

zui近nature上面就有一篇文章報道了mTOR對于囊胚發育的又一個新的功能。這篇文章報道的是雷帕霉素機制靶蛋白（mTOR），它可以感受營養和生長因子等調節細胞的生長自噬等功能。部分抑制mTOR可導致小鼠囊胚發育的可逆性暫停，并可以延長他們離體培養的時間。滯育的囊胚仍然具有多能性，并且能夠產生胚胎干細胞，進而產生活的、能繁殖的小鼠。

我們發現無論是自然條件下體內滯育的囊胚,還是離體暫停的囊胚它們的mTOR活性，翻譯功能，以及與基因活性和轉錄相關的組蛋白修飾都是明顯降低的。可以直接在培養的ES細胞中誘導停止，并持續數周而沒有明顯的細胞死亡或者細胞周期分布的差異。已暫停的ES細胞總體轉錄水平受到抑制，并且保持滯育囊胚的基因表達特征以及多能性。這些結果揭示了對應滯育囊胚的外胚層一個新的多能干細胞狀態，表明mTOR在你植入前調控發育的時間。這一研究結果有助于輔助生殖，再生醫學，癌癥，代謝紊亂和衰老等領域。

圖1：抑制mTOR可以誘導體外囊胚暫停。

上圖顯示抑制CHX，Myc或HAT以后對囊胚存活沒什么影響，和對照相比只延長zui多1天，但使用INK128抑制mTOR以后可以使囊胚培養延長9-12天，而且仍然可以發育成ES細胞。

圖2： a、c是通過抑制mTOR獲得的囊胚，b、d是自然條件下體內滯育的囊胚，二者細胞功能差不多。

圖3：抑制mTOR可以暫停ES細胞。

我們試圖通過在體外抑制mTOR來捕獲暫停的具有多功能狀態的細胞。在血清中加入mTOR抑制劑后培養的暫停的ES細胞比單獨的血清組或2i組的細胞生長慢的多。被暫停的ES細胞可以在培養基中維持數周而沒有明顯的細胞死亡，并且在mTOR抑制劑停止后快速恢復生長。暫停的ES細胞組與血清組細胞具有相同的細胞周期分布，而2i組細胞在G0 / G1期細胞稍微多些。 然而，用于標記S期的5-乙炔基-2'-脫氧尿苷（EdU）在暫停的細胞組中比在血清組中稀釋得慢得多。

圖4：暫停的ES細胞整體轉錄水平受到抑制并且可以模擬滯育。

接下來我們用以前發表過的各種階段包括滯育階段轉錄組的各個基因，來比較血清組、2i組和暫停的ES細胞組有沒有差異。暫停的ES細胞組轉錄水平明顯受到抑制。總之，我們表明了抑制mTOR以后可以使哺乳動物胚胎在體外培養時可逆性暫停。

mTOR是小鼠胚胎生長的必要條件。我們的研究發現，抑制mTOR以后可以使囊胚進入暫停的多能干細胞狀態，而且可以在體內持續幾個星期。這些結果為胚胎滯育的遺傳和分子解剖鋪平了道路。 我們推測抑制mTOR對轉錄，翻譯和代謝的整體左右對囊胚的暫停發育可能是重要的。我們更有興趣去探索mTOR信號通路在輔助生殖，再生醫學，創傷和衰老后保持細胞活力上的作用。 此外，它可以暫停胚胎發育的這個功能也可以考慮用于癌癥治療當中。