原始態（Na?ve state）多能性相關研究是近年來干細胞及重編程領域的研究熱點和難點，與傳統的primed狀態相比，Na?ve態捕獲了體內植入前胚胎發育的階段，具有更強的可塑性，在早期胚胎發育研究及未來臨床應用中具有更廣闊的前景。在近10年的研究中，科學家們取得了一系列重要進展，已建立了較為穩定的人na?ve 態多能干細胞的培養和誘導條件【1,2】，并通過抗體庫篩選，發現了一系列能夠用來分離、指征和鑒定na?ve態多能干細胞及中間細胞群體的特定細胞表面蛋白【3】，為na?ve態多能干細胞的純化、分離以及na?ve態誘導和培養體系的進一步優化提供重要基礎。然而，目前所鑒定的表面抗原多在 na?ve 態建立及維持過程中不發揮重要功能，而其在該過程中的動態及發生的分子機制也仍不清楚。
2020年3月17日，同濟大學 高紹榮教授團隊在 Cell Reports發表題為 “Identification of ALPPL2 as a na?ve pluripotent state-specific surface protein essential for human na?ve pluripotency regulation”的研究論文， 首次鑒定出特異指征人類na?ve態多能性的功能性表面分子標志物ALPPL2蛋白，并揭示了其在人na?ve態多能干細胞的建立和維持中的重要作用機制。
研究人員以系統比較人na?ve態及primed態誘導多能干細胞的全部膜蛋白表達差異為基礎，運用iTRAQ-MASS定量技術及組學分析技術，鑒定出na?ve態多能性特異表面分子候選庫。結合na?ve／primed態胚胎干細胞膜蛋白的MASS定性分析結果，確定 ALPPL2蛋白作為研究重點。利用免疫熒光染色，研究人員分別檢測培養在不同培養體系 （5iLAF 或t2iLG?6983）下的na?ve多能干細胞、人植入前早期胚胎及體細胞na?ve重編程晚期細胞，進一步證實了ALPLL2的明顯膜定位以及在na?ve態細胞中的特異高表達。
同時，結合公共na?ve／primed多能干細胞轉錄組數據、體細胞na?ve／primed重編程轉錄組數據、人早期胚胎發育轉錄組數據，也發現ALPPL2特異地高表達于na?ve態細胞中。從而在蛋白水平和轉錄組水平上分別驗證了ALPPL2作為na?ve態多能干細胞表面標志物分子的特異性和準確性。此外，在na?ve態體細胞重編程、na?ve-primed多能性狀態轉化等多種系統中，利用ALPPL2啟動子驅動的報告系統可特異且準確地指征na?ve態多能性的建立或退出，進一步驗證了該分子對na?ve態多能性特異的指征作用。
進一步的研究發現，利用CRISPR/Cas9系統敲除ALPPL2基因會導致na?ve態多能性無法正常維持，具體表現為na?ve態多能干細胞克隆的形態塌陷，報告系統熒光信號衰減以及na?ve態多能性基因STAT3和TFCP2L1等顯著下調；此外ALPPL2敲除的體細胞也不能正常的完成na?ve態重編程，而對primed態細胞以及primed態重編程則沒有明顯影響，說明ALPPL2在na?ve態多能干細胞的建立和維持中都發揮著重要作用。對此，研究者通過IP和co-IP蛋白互作實驗發現了ALPPL2能夠與IGF2BP1這一RNA結合蛋白發生緊密的相互作用，并且在na?ve態細胞中敲除IGF2BP1的表型和轉錄譜都與ALPPL2 敲除十分相似，這些實驗結果說明IGF2BP1可能是ALPPL2基因發揮作用的下游靶點。此前有研究結果表明IGF2BP1能夠識別并結合某些特定的mRNA分子繼而調節他們的穩定性和表達水平 【4】。
緊接著，作者通過RNA免疫共沉淀技術（RIP）發現IGF2BP1能夠特異識別并結合na?ve態關鍵多能性因子STAT3和TFCP2L1 mRNA，穩定其表達。而外源過表達STAT3和TFCP2L1能夠一定程度上的恢復ALPPL2或IGF2BP1敲除對na?ve態多能干細胞的影響。研究人員還在敲除ALPPL2的na?ve態細胞中分別過表達正常的IGF2BP1蛋白和點突變導致功能失活的IGF2BP1蛋白。實驗結果發現，正常表達的IGF2BP1也能夠一定程度上恢復ALPPL2敲除對na?ve態多能干細胞的影響，而失活的IGF2BP1則對ALPPL2敲除后的細胞表型沒有明顯改變。
綜上，這一研究鑒定了能特異性指征人類na?ve態多能性的首個功能性表面分子標志物ALPPL2蛋白，并通過其功能機機制研究，深化了對na?ve態多能性建立及維持的分子機制的理解，為na?ve態建立過程中細胞命運決定機制及na?ve態多能性誘導培養體系的優化等后續研究提供基礎。
據悉，同濟大學高紹榮課題組的直博生 畢焱、 涂志奮為本文章的共同第一作者； 高紹榮教授、 王譯萱教授為本文的共同通訊作者。