《Communications Biology》：Enhancing reprogramming towards induced human expanded pluripotency through substitution of SOX2 with engineered SOX17 transcription factors
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为解决传统重编程因子SOX2在无饲养层条件下效率低下且不稳定的问题，研究人员开展了以工程化SOX17因子替代SOX2，驱动人类成纤维细胞向诱导扩展潜能干细胞（iEPSCs）高效重编程的研究。结果表明，工程化SOX17，包括其小型化变体，可稳定产生iEPSCs，平均集落产量提高约五倍。该研究为模拟人类早期植入前发育、研究胎盘疾病及药物开发提供了一个具有更广泛发育潜能的通用多能干细胞模型，意义重大。
干细胞研究领域一直致力于寻找具有更广泛发育潜能的细胞类型，以更好地模拟人类早期发育过程，并为疾病建模和再生医学提供更理想的工具。扩展潜能干细胞（Expanded Potential Stem Cells, EPSCs）就是这样一类引人注目的细胞，它们不仅能分化成构成胚胎主体的所有细胞类型（即具有胚胎多能性），还能产生胎盘等胚外组织，这种“双重潜力”使其在研究生命最初几天到几周的奥秘时，显得尤为重要。然而，如何高效、稳定地将我们体内常见的成熟细胞（如皮肤成纤维细胞）“逆转时光”，重编程为这种更原始的EPSCs状态，是科学家面临的一大挑战。传统的重编程方法通常依赖包括SOX2在内的一组核心转录因子，但这些方法在应用于人类细胞，特别是在更为简化的无饲养层培养条件下时，常常显得“力不从心”——效率低下且结果时好时坏，这严重限制了其广泛应用。那么，有没有一种更强大、更可靠的“钥匙”，能更顺畅地打开通往扩展多能性的大门呢？
为了回答这个问题，并致力于建立更优的人类EPSCs获取方案，一组研究人员开展了一项创新性研究。他们将目光投向了与SOX2同属一个蛋白家族的另一位成员——SOX17。通过巧妙的蛋白质工程设计，他们创造出了一种新型的SOX17变体，并大胆地用它去替代经典重编程配方中的SOX2。这项研究成果最终发表在知名期刊《Communications Biology》上，标题为“通过用工程化SOX17转录因子替代SOX2来增强向诱导人类扩展多能性的重编程”。
研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下几个关键技术方法：首先是基于多顺反子载体（Polycistronic Cassette）的直接重编程技术，用于将包含工程化转录因子的基因组合导入人类成纤维细胞。其次是诱导扩展潜能干细胞（iEPSCs）的建立与培养，这包括了在传统饲养层（Feeder-based）和新型无饲养层（Feeder-free）两种培养体系下的诱导与维持。最后，为了验证所获细胞的性质，研究人员进行了全面的分子与功能表征，包括对多能性标志物的检测以及评估细胞分化为胚胎和胚外谱系的潜能。
研究结果
工程化SOX17有效驱动人类iEPSCs的形成
研究人员构建了一个多顺反子重编程系统，旨在将人类成纤维细胞直接转化为iEPSCs。在该系统中，他们用经过工程改造的SOX17转录因子（engineered SOX17）完全取代了传统配方中的SOX2。令人振奋的结果出现了：与使用SOX2的标准方法相比，使用工程化SOX17后，获得的iEPSCs细胞集落的平均产量提升了约五倍。这表明工程化SOX17在启动和推进重编程程序方面，效率显著高于其家族成员SOX2。
工程化SOX17实现稳定、可重复的无饲养层重编程
为了摆脱对饲养层细胞的依赖，简化培养体系，研究人员在无饲养层条件下测试了不同转录因子的表现。他们发现，传统因子SOX2在此条件下表现不佳，重编程时常失败，且产生的iEPSCs集落数量波动很大，缺乏可重复性。相反，无论是完整的工程化SOX17，还是其进一步精简、小型化的变体（miniaturized variant），都能稳定、一致地产生无饲养层iEPSCs。这证明了工程化SOX17不仅高效，而且在不同培养环境中具有优异的鲁棒性（Robustness）。
工程化SOX17来源的iEPSCs保持完整的分子与功能特性
效率的提升和稳定性的增强固然重要，但由此产生的细胞是否“名副其实”，具备EPSCs应有的特性更为关键。对此，研究人员对由工程化SOX17诱导产生的克隆细胞系进行了深入分析。结果表明，这些iEPSCs在分子水平上表达了典型的多能性基因网络，在功能上则展现出分化为代表胚胎三胚层（内胚层、中胚层、外胚层）细胞以及胚外滋养层细胞的能力。这证实了工程化SOX17并未牺牲所得细胞的质量，所获iEPSC细胞系在分子和功能上均保持完整。
研究结论与意义
本研究的核心结论是，利用工程化SOX17转录因子替代SOX2，能够高效、稳定地将人类成纤维细胞重编程为诱导扩展潜能干细胞（iEPSCs）。这一策略不仅在传统饲养层条件下大幅提高了产出效率，更重要的是，它成功解决了在无饲养层培养体系中重编程效率低下和结果不稳定的行业痛点，实现了可重复的、高效率的无饲养层iEPSCs制备。
这项研究的成功具有多重重要意义。首先，在基础科学层面，它提供了一种更优的工具，能够更便捷地获取高质量的人类EPSCs。这类细胞因其更接近受精卵早期发育状态、具备更宽广的分化潜能，是研究人类植入前胚胎发育、早期细胞命运决定以及胎盘等胚外组织形成机制的绝佳模型。其次，在疾病研究与药物开发领域，稳定的、具有双重分化潜能的人类iEPSCs模型，为模拟胎盘功能异常相关的妊娠疾病（如子痫前期）提供了新的可能，同时也为药物筛选和毒性测试扩展了更具生理相关性的细胞来源。最后，在技术层面，工程化转录因子（特别是其小型化变体）的成功应用，为优化细胞重编程和命运调控工具包提供了新思路，展示了通过合理设计蛋白来克服现有技术瓶颈的潜力。总而言之，这项成果不仅推动了干细胞重编程技术的发展，也为人类早期发育生物学研究和再生医学应用开辟了新的途径。
