西雅图研究人员报告称小鼠胚胎开始形成后不久，它的一些干细胞经历剧烈的代谢转变后进入下一个发展阶段。这些干细胞会像癌症细胞那样开始消耗和生产能量。
这一研究发现发表在EMBO杂志上。
华盛顿大学的生物化学教授Hannele Ruohola-Baker、论文主要作者表示这些发现不仅为干细胞研究和研究胚胎发育以及形状的初步形成有意义，同时也为癌症的治有帮助疗。这项研究是由西雅图的几个研究实验室之间合作完成的。
胚胎干细胞被称为多能干细胞，因为他们有自我更新能力，并有成为体内任何细胞的潜力。研究人员希望了解组成小鼠胚胎内细胞群细胞的干细胞和外胚层或植入阶段细胞之间的区别。在外胚层阶段的小鼠胚胎干细胞更接近于人类胚胎干细胞、癌细胞。
人干细胞和小鼠外胚层干细胞比老鼠发育早期的干细胞具有较低的线粒体呼吸活性。尽管事实上，发育后期干细胞线粒体较成熟后，线粒体呼吸活性会降低。研究人员证实在内细胞群细胞转变成外胚层细胞的过渡期间，某些基因控制线粒体细胞呼吸活性的降低。
相反，过渡期细胞获得能量完全不依赖于糖、葡萄糖。相比之下，早期小鼠胚胎干细胞通过将线粒体呼吸动态切换到葡萄糖分解后，能获得更多能量。
研究人员发现低氧条件下激活的转录因子是缺氧诱导因子1α。缺氧诱导因子1α足够推动小鼠胚胎干细胞完全依靠糖代谢来获取能量。下一个挑战是揭示在正常生理情况以及在癌症情况下这种代谢转化是否对干细胞的命运也有决定性影响。
这些代谢转变可能会决定一些微小原始胚胎细胞的功能性命运。这些细胞首先过渡到外胚层干细胞，随后演变成整个发育中的胚胎。
研究人员解释说在肿瘤细胞中，糖代谢方式的转变被称为Warburg效应。Warburg效应能提供肿瘤细胞迅速生长和分裂所需要的能量和物质。
研究者提出胚胎干细胞的Warburg效应可能在胚胎发育和早期胚胎的形成以及后来的器官和其他身体结构的形成中也发挥类似作用。
这项研究是由国立卫生研究院的赞助支持。（生物谷：Bioon）
doi:10.1038/emboj.2012.71
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HIF1α induced switch from bivalent to exclusively glycolytic metabolism during ESC-to-EpiSC/hESC transition.
Wenyu Zhou, Michael Choi, Daciana Margineantu, Lilyana Margaretha, Jennifer Hesson, Christopher Cavanaugh, C Anthony Blau, Marshall S Horwitz, Hannele Ruohola-Baker, David Hockenbery, Carol Ware.
The function of metabolic state in stemness is poorly understood. Mouse embryonic stem cells (ESC) and epiblast stem cells (EpiSC) are at distinct pluripotent states representing the inner cell mass (ICM) and epiblast embryos. Human embryonic stem cells (hESC) are similar to EpiSC stage. We now show a dramatic metabolic difference between these two stages. EpiSC/hESC are highly glycolytic, while ESC are bivalent in their energy production, dynamically switching from glycolysis to mitochondrial respiration on demand. Despite having a more developed and expanding mitochondrial content, EpiSC/hESC have low mitochondrial respiratory capacity due to low cytochrome c oxidase (COX) expression. Similarly, in vivo epiblasts suppress COX levels. These data reveal EpiSC/hESC functional similarity to the glycolytic phenotype in cancer (Warburg effect). We further show that hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α) is sufficient to drive ESC to a glycolytic Activin/Nodal-dependent EpiSC-like stage. This metabolic switch during early stem-cell development may be deterministic.
