Advanced Biology 干细胞研究新突破：靶向Aplnr解锁高效间充质干细胞分化与治疗新路径
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对于许多退行性疾病、组织损伤或衰老问题，再生医学的核心策略之一，就是为人体“输送”具有修复能力的“种子细胞”——间充质干细胞。然而，传统的间充质干细胞 （MSCs）获取方式，如从骨髓或脂肪中提取，不仅数量有限、过程有创，更关键的是，这些来自成年供体的细胞往往“活力不足”，增殖和修复能力会随年龄增长而大幅衰退。这严重限制了它们的治疗效果和广泛应用。那么，能否找到一个取之不尽、且更“年轻强健”的MSCs来源呢？人多能干细胞，作为一种能无限增殖并分化为任何人体细胞类型的“万能细胞”，成为了理想的“细胞工厂”。但如何高效、精准地将这些“万能细胞”定向转化为我们所需的“修复种子”，一直是领域内的核心挑战。
来自土耳其耶迪特佩大学的研究团队在Advanced Biology发表的最新研究，揭示了Aplnr信号通路在人多能干细胞定向分化为MSC过程中的核心调控机制。这一发现挑战了传统干细胞分化策略依赖外源生长因子的思路，首次系统证实了内源性Aplnr信号无需化学诱导，即可在不牺牲细胞活力的前提下，协同调控EGFR、TGF-β、Wnt等多条通路，同步促进中胚层细胞迁移与MSC命运决定。研究不仅为理解发育早期的细胞命运抉择提供了新范式，还为构建功能增强型MSC、推动下一代再生医学疗法奠定了坚实的理论与技术基础。
1.研究背景
在基于人多能干细胞（PSC）的再生医学中，高效、定向地获得功能性的间充质干细胞（MSC）始终是核心挑战。MSCs的产量、纯度和功能活性直接决定了其在细胞治疗与组织工程中的疗效。传统的分化策略严重依赖外源性地添加生长因子和化学小分子来引导细胞命运，但存在成本高昂、批次差异大、且可能引发非预期分化或功能异质性等问题。
Aplnr（Apelin受体），一种G蛋白偶联受体，在胚胎发育中已知参与心脏形成与血管生成。然而，其在PSC向MSC定向分化过程中的精确功能长期未被阐明。此前研究虽提示Aplnr+的细胞群体具有MSC潜力，但其作用机制扑朔迷离——它究竟是细胞迁移的“促进者”，还是细胞命运的“决定者”？其效应是间接的，还是通过调控EGFR、TGF-β等核心信号通路来实现？研究团队以人多能干细胞为模型，试图解开Aplnr信号在MSC谱系承诺中的核心调控之谜。
2.主要结果
1. Aplnr信号驱动中胚层细胞迁移
为了阐明Aplnr信号在人多能干细胞（hPSC）分化为MSC过程中的动态功能，研究团队首先探究了Aplnr信号对中胚层细胞迁移的调控作用。通过结合活细胞成像技术与shRNA、CRISPR/Cas9基因敲除等多种干预手段，定量分析胚胎体（EB）的迁移面积与强度，发现激活Aplnr信号能显著促进细胞从EB核心向外迁移，而抑制该信号则导致细胞迁移受阻（图1）。这首次证实Aplnr信号是中胚层细胞迁移的关键驱动力。
图1 Aplnr信号通路对人胚胎干细胞（hESCs）向中胚层分化过程中EBs迁移的影响
2. Aplnr信号决定中胚层细胞命运
在明确其对细胞运动的调控后，研究进一步解析Aplnr信号是否决定中胚层细胞命运（图2）。通过抗体芯片、mRNA/miRNA测序及免疫细胞化学分析，团队发现Aplnr的激活显著上调了PDGFRα、Brachyury等早期中胚层标志物，并同时抑制了外胚层标志物Sox2的表达。蛋白互作网络与通路富集分析进一步揭示，该过程可能与EGFR和TGF-β信号通路的协同激活密切相关，表明Aplnr信号通过调控核心信号网络驱动中胚层谱系定向分化（图4）。
图 2 Aplnr 信号活性对 hESCs 向中胚层分化的影响
图 4 经Apelin-13处理的hESC来源EBs的蛋白质谱分析
3. Aplnr信号时序性激活优化MSC功能
最终，为验证Aplnr信号在功能性MSC获取及其治疗潜力中的价值，研究评估了其在MSC分化全程的作用。团队设计了在MSC分化不同阶段施加Apelin-13处理的时序性实验，并通过流式细胞术、多向分化诱导（成骨、成软骨、成脂等）及蛋白质组学进行系统评估。结果显示，在分化早期阶段激活Aplnr信号，能最优地提升MSC标志物（CD73, CD90, CD105）的表达，并显著增强所得MSCs的增殖活力与多向分化能力。机制上，蛋白质谱分析表明，Aplnr信号的增强效应与Wnt、PDGF、FGF等多条促生存和发育相关信号通路的协同激活相关（图6）。
图6 Aplnr活性支持hESCs向MSCs分化
3.结论
本研究通过基因激活（Apelin-13）、抑制（shRNA/siRNA）与敲除（CRISPR/Cas9）等多维度干预策略，系统阐明了Aplnr信号通路在hPSC定向分化为MSC过程中的核心调控作用。研究人员以hPSC衍生的EB和中胚层祖细胞为模型，通过活细胞成像、多组学分析及功能验证，解析了Aplnr信号在细胞迁移、命运决定和终端功能获得中的时序性功能。研究发现，Aplnr信号以“双重开关”模式运作：在分化早期，它强力驱动中胚层细胞迁移；进而通过协同激活EGFR、TGF-β等核心信号网络，精准导向中胚层谱系承诺；最终，其时序性激活（而非持续激活） 可最优地赋予终末MSCs更高的增殖活力与增强的多向分化能力。这些结果表明，Aplnr是调控PSC-MSC转化轴的一个关键内源性信号枢纽。该发现为从发育生物学原理出发，在体外高效、定向地生成“功能增强型”MSCs提供了全新的理论框架与技术路径，尤其为突破当前再生医学中MSC来源受限、功能异质性大的瓶颈开辟了创新的解决方案。
期刊介绍
Advanced Biology 是 Wiley 出版社旗下 Advanced 系列期刊之一。 Advanced 系列是 Wiley 倾力打造的自主旗舰品牌，涵盖了各学科领域的优秀期刊。作为 Advanced 系列的第一本生命科学类期刊， Advanced Biology （IF:2.6 ）创刊于 2017 年，旨在成为生命科学领域具有国际影响力的原创成果发表平台，涵盖从分子到整个生命体以及更高尺度的生命科学研究。期刊致力于报道重要新颖具有广泛生物学意义的基础及应用研究，包括但不限于以下领域：细胞与分子生物学、系统生物学、合成生物学、组织工程与再生医药、生物技术与生物工程、免疫学、微生物学、结构生物学、神经生物学、癌症研究、发育生物学、遗传学与表观遗传学、生态系统与进化生物学等。作为 Hybrid 期刊， Advanced Biology 为作者提供 Gold Open Access 发表选项。
