研究人员已确定人类干细胞中的差异，这些差异说明个体的细胞如何在分子层面上独特地影响其“发育舞蹈”，进而影响大脑和身体的形成。来自约翰霍普金斯大学医学院的一个团队探索了人类干细胞中的变异，揭示了这些差异如何在分子水平上决定一个人独特的“发育舞蹈”，从而引导大脑和身体的发展。这些发现增强了我们对个体间细胞变异如何产生的理解，并可能导致个性化医疗治疗和修复受损或生病器官的策略。
研究于9月10日发表在《干细胞报告》上，研究利用了人类诱导多能干细胞（iPSCs），这些细胞类似于早期胚胎阶段的细胞，能够转变为多种组织类型。通过检查来自多个供体的多能细胞，研究人员揭示了遗传因素和表观遗传因素（与DNA无关的变化）如何在大脑发育早期阶段导致个体差异。
“每个人体来自一个细胞，随着细胞在发育中的胚胎中分裂，它们遵循基因驱动的舞蹈模式形成新的个体，” 约翰霍普金斯大学医学院神经学和神经科学部门的助理教授卡洛·科兰图尼博士解释道。
然而，科兰图尼指出，尽管这种“发育舞蹈”包含人类（和其他动物）之间共同的基本步骤，但研究揭示了改变这些普遍步骤的分子模式和基因表达特征，从而导致个体发展。
在这项研究中，来自约翰霍普金斯大学和耶鲁大学的科学家采用了一种称为“细胞重编程”的方法，使成熟细胞能够回到胚胎状态——这一突破性技术在2012年获得诺贝尔奖。具体而言，他们将成年人的皮肤细胞转变回早期胚胎形式。这些诱导多能干细胞（iPSCs）具有分化为人体内任何细胞类型的潜力。
在允许iPSCs自由生长和相互作用后，细胞开始表达其固有的特性和个性。RNA测序是一种通过RNA的产生测量基因活动水平的方法，提供了关于细胞功能的详细分子视图。通过将iPSCs的RNA数据与发育中的小鼠胚胎数据进行关联，研究人员追溯了供体细胞的变异，绘制出哺乳动物发育的框架，便于观察个体人类细胞在早期发育中的系统性差异——这一模式在100个干细胞供体的数据中得以识别。
科学家们发现了RNA数据中出现的两种不同模式或节奏。第一种类型在所有供体中普遍一致，代表负责关键人类器官（如大脑、心脏和肝脏）发展的主要模块。第二种类型较为微妙，更具进化上的近期性，并且独特于某些个体，无论细胞的最终功能如何。
有趣的是，这些在实验室环境中观察到的个体差异在供体的成熟细胞中也显而易见，表明这些独特的细胞发展模式对每个人的生长历程具有重要影响。
研究人员认为，他们的发现表明，这些独特的细胞模式不仅体现了个体发育的独特路径，还可能意味着一个人终生健康和疾病风险的潜在指示。科兰图尼提到，这些见解可能导致再生医学中更加个性化的方法。
“我们建议，研究诱导多能干细胞及其衍生物可以帮助识别每位患者对于复杂疾病的风险因素，并确定最有效的个性化治疗方案，”科兰图尼表示。“我们设想一个未来，患者的全面医疗历史、基因组数据和活细胞将被整合，以准确诊断和定制医疗护理。”
科兰图尼强调，科学家们才刚开始理解人类细胞发育差异背后的具体分子机制。需要对更广泛和多样的供体群体进行额外研究，以全面了解个体发育细胞独特轨迹的长期健康影响。
本研究的其他贡献者包括苏尔-基·金、成美·徐、吉娜维芙·斯坦-奥布莱恩、阿姆里莎·贾伊尚卡、加藤小山、尼古拉·米卡利、王燕红、托马斯·海德、乔尔·克莱因曼、埃拉娜·费尔蒂、申周贤、丹尼尔·温伯格、约书亚·切诺威思、丹尼尔·霍普纳和罗纳德·麦凯。
本研究的资金支持来自NCI/NIH的拨款R01CA177669、P30CA006973、U01CA212007和U01CA253403，以及约翰霍普金斯大学的催化奖，包括EJF R01NS116418、R01HG010898、MH116488和U01MH124619，授予N.S. 通过NeMO分析进行数据共享和可视化得到了拨款R24MH114815和R01DC019370的支持。
