生命科学
Life science
每年在ISSCR年会临近时，我们的编辑团队都会从过去12个月发表的论文中精选出卓越之作，汇集成Stem Cell Reports年度精选专刊。今年我们有幸在新成立的青年编辑委员会（cell.com/stem-cell reports/editorial-board）协助下展开讨论，共审阅了200余篇文章，其中多篇下载量已超千次。浏览完整个名单时，我仍为本刊发表的论文质量感到由衷欣慰。
今年入选的论文重点突显了干细胞研究领域的前沿方向。在人类发育和胚胎模型这一热门领域，Radley等、Moya-Jódar等的研究成果不可或缺。我们还特别关注了Keshet等关于单倍体人类多能干细胞的研究，该研究通过剖析父系印记基因在颗粒细胞发育中的作用，展现了多能干细胞的分化潜力。近年来备受关注的类器官技术仍持续吸引科研群体的目光，本刊收录的杰出成果包括胸腺类器官制造新技术、视网膜类器官基因治疗研究，以及类器官研究标准与优缺点探讨（Boon等、Ramos等、Jensen与Little）。Liu等关于N-甲基腺苷6位甲基化调控肠道干细胞分化的研究，进一步印证了我们对基础干细胞生物学研究的持续承诺。我们始终关注干细胞研究的技术创新，今年新增了人类多能干细胞神经分化路线图（Jovanovic等）。此外，临床前转化研究领域也亮点频现，入选论文涵盖杜氏肌营养不良基因编辑、CAR-T巨噬细胞制备及免疫屏障规避的细胞工程探索（Zhang等、Kita等、Pizzato等）。
今年是我作为主编任期的最后一年，这也是我主持编纂的Stem Cell Reports年度精选最后一期。在此感谢本刊的杰出作者们，是你们的卓越科学成就使Stem Cell Reports与姊妹刊Cell Stem Cell 共同成为领域内的权威期刊。最后，我非常期待今年在ISSCR年会上与大家相会。
—Martin Pera
Stem Cell Reports期刊主编
类器官并非真实器官：类器官生物学中的变异来源与误导性信息
在过去十年间，"类器官"（organoid）这一术语逐渐从鲜为人知的科学概念发展为广泛使用的专业表述，用以描述一种三维（3D）体外细胞模型。这种模型能够复现体内器官的结构与功能特征，通过模拟目标器官的微观组织和生理特性，为研究提供高度仿真的平台。当前，"类器官"的定义涵盖了两类截然不同的形成机制：一类基于成体上皮干细胞在体外重建组织微环境的能力；另一类则通过引导多能干细胞分化为三维自组织的多细胞模型，模拟器官发育过程。尽管这两类类器官技术分别依赖不同的干细胞类型（如成体干细胞与多能干细胞）并复现不同的生物学过程（如微环境重建与发育路径模拟），但它们共同面临技术上的核心挑战，包括模型稳定性、结构精确性以及实验可重复性。需要明确的是，类器官并非真正的器官，其功能复杂性和生理完整性仍与真实器官存在显著差距。
本评述旨在深入探讨这些技术瓶颈如何影响类器官的实际应用价值，同时呼吁学界提升相关研究标准，以推动这一领域的可靠性与科学性。例如，类器官常缺乏体内器官中关键的间质细胞、免疫细胞和神经网络，且依赖人工细胞外基质（如Matrigel）维持三维结构。尽管脑类器官、视网膜类器官等已能模拟人类器官发育的特有现象，但现有模型仍无法完全复现血液供应等生理系统。未来需在标准化培养体系、功能验证方法及多学科交叉应用等方面持续突破，方可实现从"器官的简化模型"向"可靠的生物医学工具"的跨越。
从人类多能干细胞生成功能性胸腺类器官
胸腺对于建立功能性且自我耐受的适应性免疫系统至关重要，但会随年龄增长而退化（即胸腺退化），导致初始T细胞输出减少。从人类多能干细胞（hPSCs）生成功能性人胸腺是一种有吸引力的再生医学策略。尽管hPSCs直接分化为胸腺上皮祖细胞（TEPs）已在体外实现，但功能性的胸腺上皮细胞（TECs）仅在体内移植TEPs数月后才能形成。本文展示了在同源干细胞源性胸腺类器官（sTOs）中体外生成TECs的方法。sTOs由同一hPSC系分化的TEPs、造血祖细胞（HPCs）和间充质细胞组成，其支持T细胞发育，表达阴性选择的关键标志物（如自身免疫调节因子AIRE蛋白），并促进调节性T细胞（Tregs）的生成。sTOs还为功能性患者特异性胸腺类器官模型奠定了基础，可用于研究人类胸腺功能、T细胞发育及移植免疫。
单倍体人类胚胎干细胞分化为颗粒细胞揭示了父本基因组对生殖腺发育的贡献
基因组印记是哺乳动物有性生殖的必要基础。然而，父母双方基因组在人类发育中的相对贡献尚未完全阐明。具体而言，生殖腺（具备生殖能力的器官）的形成是否依赖于双亲基因组的均衡贡献，是一个引人入胜的问题。本研究通过将雄核发育（androgenetic）和孤雌发育（parthenogenetic）的人类多能干细胞（hPSCs）分化为卵巢颗粒样细胞（GLCs），发现孤雌发育的hPSCs分化成GLCs的能力显著低于双亲型和雄核发育型细胞。进一步研究表明，分化过程中上调最显著的印记基因为父本特异性表达的IGF2。值得注意的是，当敲除雄核发育细胞中的IGF2时，其分化为GLCs的能力完全丧失；而通过补充IGF2可部分挽救孤雌发育细胞的分化缺陷。这一发现揭示了父本基因组中特异性表达的基因对女性生殖系统发育的关键作用。
双CRISPR-Cas3系统诱导DMD患者来源iPSC多外显子跳跃
为了恢复杜氏肌营养不良症（DMD）不同突变模式下的肌营养不良蛋白（dystrophin），多外显子跳跃（MES）策略已被研究。然而，能够诱导覆盖数百千碱基范围内靶向外显子的大片段缺失的技术手段有限。本研究利用CRISPR-Cas3系统诱导MES，并证实双crRNA可在外显子45–55区域（约340kb）诱导大型缺失，适用于多种类型DMD患者。我们开发了一种基于双色SSA（单链退火）的报告系统以富集基因编辑细胞群体，结果显示MES诱导使得携带三种不同突变的DMD-iPSCs恢复了肌营养不良蛋白。全基因组测序和距离分析未发现靶标crRNA结合位点附近的显著脱靶缺失。综上，双CRISPR-Cas3是一种有前景的工具，可通过MES诱导诱导巨型基因组缺失并恢复肌营养不良蛋白。
揭示原始态多能干细胞培养物中捕捉人类胚胎早期发育阶段的细胞群体
原始态人多能干细胞（hPSCs）被定义为人类植入前胚胎表皮层的体外对应物，被用作研究发育过程的模型系统。在5iLAF原始态人诱导多能干细胞（hiPSC）培养体系中，我们报告了与表皮样细胞共存的不同细胞群体的发现与表征。值得注意的是，这些群体在基因和转座子表达谱上与人类胚胎早期发育阶段的不同细胞类型高度相似。有趣的是，我们检测到一个基因和转座子表达谱与八细胞期（8C）全能人类胚胎高度相似的细胞群体。另外三个细胞群体分别对应滋养层细胞的不同成熟阶段：过渡期、早期成熟期和完全成熟期。我们还发现类似原肠胚的细胞。因此，5iLAF原始态hiPSC培养体系为模拟人类胚胎发生最早事件提供了极佳机会，涵盖从八细胞期到植入前期的发育过程。
从人多能干细胞产生抗GD2 CAR巨噬细胞用于癌症免疫治疗
携带嵌合抗原受体（CAR）的巨噬细胞为治疗实体瘤提供了一种有效的新选择。然而，体细胞巨噬细胞的基因工程和规模化生产仍然是重大挑战。在本研究中，我们使用CRISPR-Cas9基因编辑方法将抗GD2 CAR整合到人类多能干细胞（hPSC）的AAVS1位点。随后，我们建立了无血清和无饲养层的分化方案，通过动脉内皮向造血转变（EHT）生成CAR巨噬细胞（CAR-M）。通过该方法产生的CAR-M在体外对表达GD2的神经母细胞瘤和黑色素瘤以及在体内对神经母细胞瘤表现出显著的细胞毒活性。本研究为高效生成现成CAR-M用于抗肿瘤免疫治疗提供了一个新平台。
AAV介导的基因增强疗法恢复了CRB1患者来源视网膜类器官的组织学和转录组视网膜表型
视网膜色素变性和Leber先天性黑朦是由CRB1基因突变引起的遗传性视网膜营养不良。CRB1负责组织视锥细胞和穆勒胶质细胞之间的顶基极性和粘附。CRB1患者来源的诱导多能干细胞分化为视网膜类器官后，免疫组化分析显示变异CRB1蛋白表达显著降低。单细胞RNA测序表明，与同基因对照相比，患者来源的类器官在内吞途径、细胞粘附和迁移等方面存在失调。腺相关病毒（AAV）载体介导的hCRB2或hCRB1基因增强疗法部分恢复了患者的类器官组织学表型和转录组谱。总体而言，本研究首次证明AAV.hCRB1或AAV.hCRB2治疗改善了患者来源类器官的表型，为未来CRB1基因突变患者的基因疗法提供了关键信息。
肠道干细胞中干性程序与增殖程序的分离
干细胞能够连续自我更新，同时保留分化为成熟功能细胞的干性能力。然而，干性与增殖属性是否可在分子层面分离尚不清楚。肠道上皮更新迅速，Lgr5+肠道干细胞（ISCs）对维持稳态至关重要。本研究发现，甲基转移酶样蛋白3（Mettl3）是N6-甲基腺苷（m6A）甲基化的关键酶，其缺失会导致干细胞标记快速丢失，但不影响细胞增殖。我们进一步鉴定出4个m6A修饰的转录因子，其异常表达可恢复Mettl3敲除类器官中的干细胞基因表达，而沉默则导致干性丢失。此外，转录组分析揭示了23个可与增殖相关基因分离的干性基因。这些数据表明，m6A修饰维持ISC的干性，该过程可与增殖解耦。
单细胞RNA测序数据的熵排序揭示了人类胚胎植入前内细胞团的特征
单细胞基因表达分析的核心挑战在于从技术或生物噪声中区分有意义的细胞异质性。为解决这一问题，我们提出熵排序（Entropy Sorting，ES），这是一种数学框架，用于识别指示细胞身份的基因。ES以无监督方式实现这一目标，通过量化观察到的特征间相关性更可能由随机机会还是依赖关系引起，而无需任何用户定义的显著性阈值。在合成数据中，我们演示了去除噪声信号的能力，揭示了比常用特征选择方法（如高变基因选择）更高分辨率的基因表达模式。我们进一步将ES应用于人类着床前胚胎的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据。以往研究未能明确识别早期内细胞团（ICM），这暗示人类胚胎可能与小鼠模型存在差异。相比之下，ES解决了ICM的识别问题，并揭示了类似经典模型的顺序谱系分支（如滋养层与上胚层的分化）。因此，ES为从高维数据（如scRNA-seq数据）中最大化信息提取提供了强大方法。
人类多能干细胞向辐射胶质细胞和星形胶质细胞分化的详细路线图
人类胶质细胞生成机制仍未被完全阐释，从人类多能干细胞（hPSCs）中衍生星形胶质细胞的过程既低效又繁琐。在这里，我们报告了一种从hPSCs中受控的胶质分化过程，该过程绕过了神经发生，而神经发生通常在大脑发育和体外分化过程中先于星形胶质细胞生成。首先，将hPSCs分化为辐射胶质细胞（RGCs），这些细胞类似于胎儿大脑皮层的常驻RGCs。通过调控特定的细胞信号通路，实现了关键星形胶质标志物（如NFIA、NFIB、SOX9、CD44、S100B和胶质纤维酸性蛋白[GFAP]）的直接且逐步诱导。转录组学和全基因组表观遗传学分析以及单细胞分析证实了从RGCs到星形胶质细胞的分化过程，避免了神经生成和胶质生成转换的步骤。详细的分子和细胞特征化实验揭示了人类RGCs和星形胶质细胞的新机制和新标志物。总之，建立的这种胶质专一性神经谱系进展模型，为制造大量RGCs和星形胶质细胞提供了一个独特的无血清平台，广泛应用于神经科学、疾病建模（如亚历山大病）和再生医学领域。
工程化人类多能干细胞系以规避异种移植屏障
成功的同种异体人类多能干细胞（hPSC）衍生疗法必须克服受体的免疫排斥反应。为了构建定义这些屏障的工具，我们通过基因敲除β2M、TAP1、 CIITA、CD74、MICA和MICB，限制了HLA-I、HLA-II、2M、TAP1、CIITA、CD74、MICA和MICB的表达，这些分子涉及HLA-I、HLA-II、自然杀伤（NK）细胞激活配体的表达。通过移植这些细胞，这些细胞还表达共价单链三聚体Qa1和H2-K以抑制NK细胞，以及CD55、Crry和CD59以抑制补体沉积，结果在野生型小鼠中形成持久性畸胎瘤。将缺乏HLA的hPSCs移植到缺乏补体和NK细胞的小鼠中，同样导致了持久的畸胎瘤。因此，逃避T细胞、NK细胞和补体反应是防止hPSCs及其后代免疫排斥的必要条件。这些细胞以及表达人类免疫逃逸因子的同源物可用于定义细胞类型特异性的免疫屏障，并在免疫健全的小鼠模型中进行临床前测试。
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