Nature 研究：Seahorse 技术揭示人多能干细胞分化早期的代谢转变特征

剑桥大学干细胞研究所近日在 Nature 发表研究论文，利用 Seahorse XF 细胞能量代谢分析技术系统解析了人多能干细胞（hPSC）向中胚层分化过程中的代谢转变动态，发现了一个此前未被认识的代谢检查点。 研究团队在分化的不同时间点（Day 0、1、2、3、5、7）利用 Seahorse 线粒体压力测试和糖酵测压力测试，对细胞的能量代谢表型进行了全面的时间序列分析。 线粒体压力测试结果显示，hPSC 在未分化状态下以糖酵解为主要能量来源，基础 ECAR 较高而基础 OCR 较低。分化启动后第 1-2 天，细胞代谢出现显著转变：基础 OCR 升高约 2 倍，最大呼吸能力升高约 2.5 倍，同时基础 ECAR 下降约 40%。这一代谢转变在分化第 3 天达到峰值。 研究团队进一步发现，这一代谢转变是分化成功的必要条件。通过在分化早期添加线粒体呼吸抑制剂（如鱼藤酮低浓度处理），可以完全阻断中胚层分化，而解除抑制后分化可以继续进行。这表明分化早期存在一个以线粒体代谢增强为特征的代谢检查点。 机制研究发现，代谢检查点受 mTORC1-4EBP1 信号通路调控。线粒体代谢增强导致细胞内 ATP/ADP 比值升高，激活 mTORC1 信号，促进中胚层关键转录因子 T/Brachyury 和 MIXL1 的表达。 糖酵测压力测试进一步揭示了分化过程中的糖酵解动态变化：分化早期的糖酵解能力（Glycolytic Capacity）显著高于未分化状态，但到分化第 5 天后逐渐回落，提示分化成熟阶段的细胞代谢模式趋于稳定。 该研究为理解干细胞命运决定的代谢调控机制提供了重要见解，也展示了 Seahorse 技术在干细胞研究中的独特价值。研究团队特别感谢了海普诺生物提供的技术支持和检测服务。