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人和小鼠干细胞主要包括胚胎来源的多能性干细胞(Embryonic Stem Cells:ESCs)、成体细胞来源的特异性或单能性干细胞(Adult Stem Cells:ASCs)及成体细胞诱导的多能性干细胞(iduced Pluripotent Stem Cells:iPSCs),这些细胞均具有不同程度的多能性及发育潜能。上述细胞展现出的发育潜能依赖于体外长期培养的培养体系,培养体系中除了基础培养液提供的营养物质外,添加的外源生长因子及小分子抑制剂对干细胞特性的维持至关重要。众所周知,干细胞被临床应用的前提是其具有多能性,可分化为各种器官或组织的细胞。但是在实际应用过程中,能够将干细胞诱导分化为具有特定组织特性的前体干细胞是更加重要的一步。寻找合适正确的培养基使ESCs在体内、体外分化为特定组织的前体干细胞,一直被科学家探索与关注。本研究主要在寻找合适培养基,即添加外源细胞生长因子如:碱性成纤维生长因子(bFGF)、骨形成蛋白4(BMP4)、白血病抑制因子(LIF)和激活素A(Activin A)等诱导胚胎来源干细胞分化为特定前体干细胞方面开展了实验。首先,我们尝试探索已确定的添加Activin A和bFGF,化学成分明确的N2B27干细胞基础培养基(AF medium),是否可以用于培养不同遗传背景的小鼠囊胚,并建立多能性胚胎干细胞系(细胞命名为AFSCs)。我们选用了7种遗传背景的小鼠开展实验,发现纯合小鼠品系Sv129×Sv129、ICR×ICR和杂合小鼠品系ICR×GOF/GFP和C57BL/6×ICR的F1代胚胎可以利用上述体系建立与Sv129×GOF/GFP遗传背景AFSCs克隆状态、基因表达模式以及分化能力类似的AFSCs细胞系。其中C57BL/6×GOF/GFP遗传背景的AFSCs克隆类型不均一,细胞混杂。此外,纯合C57BL/6×C57BL/6和NOD×NOD遗传背景胚胎,在此体系中尚不能分离AFSCs细胞系,即使在体系中加入血清替代物(KSR),对改善建系效率也并无明显作用。其次,我们探讨了生长因子bFGF、BMP4、LIF和Activin A在AFSCs向特定前体干细胞转化过程中的作用。我们发现,添加bFGF+BMP4+LIF的N2B27基础培养液(FBLM)和添加Activin A+BMP4的N2B27基础培养液(ABM)可以使AFSCs细胞特性发生明显转变,转换后的干细胞分别被命名为FBLSCs和ABSCs。FBLSCs和ABSCs具有干细胞特性,可以在体外长期自我更新并维持多能性。FBLSCs在体内胚胎中更倾向于贡献到胚胎的中胚层部位,这表明FBLSCs是一种类中胚层干细胞。ABSCs传代到50代,细胞仍然维持了多能基因Oct4和分化基因T共表达的特性;在体内ABSCs表现出神经中胚层祖细胞(neural mesodermal progenitors,NMP)、侧板中胚层(lateral plate mesoderm,LPM)和胚外细胞的特性;在E8.5-E13.5嵌合体胚胎中ABSCs贡献到胚胎的尾端上胚层、脑、脊髓、体节、卵黄囊和胎盘等部位。FBLSCs和ABSCs均展现出胚层前体干细胞的性质,因此是一类特异性的多潜能前体干细胞(Multipotent Progenitor Stem Cells,MPSCs)。最后,我们尝试了各种细胞因子组合在人ESCs体外培养过程中的调控作用,我们发现与AFSCs特征类似的primed hESCs细胞系使用添加LIF和GSK3抑制剂CHIR的培养基(CLM)进行诱导转化,hESCs细胞可以被转变为具有神经细胞属性的、可以长期稳定自我更新的原始神经细胞样干细胞(primitive nerve cell like stem cells,PNLSCs)。同时我们发现PNLSCs细胞特性的维持主要依赖WNT信号激活(CHIR),而LIF对细胞影响较小;与hESCs相比,PNLSCs细胞发育潜能明显减弱。PNLSCs在自发分化时显示出神经细胞分化倾向,在进行定向诱导时具有分化为颅基板细胞的能力,是一种颅基板前体干细胞。综上所述,本研究探索了在化学成分明确的培养体系下,生长因子及小分子抑制剂Activin A+bFGF和bFGF+BMP4+LIF组合在小鼠AFSCs细胞转换过程中,CHIR+LIF组合在人ESCs细胞转换过程中发挥着重要的生物学作用。我们的研究将会为哺乳动物原肠胚发育和原肠胚中细胞分化的应用基础和转化研究提供重要的理论参考和实验依据。