Cell Rep｜金颖团队揭示ERK1/2行使核心枢纽功能守护人胚胎干细胞特性的机制|erk|多能性|活性|激酶|细胞|金颖

人胚胎干细胞（hESC）具有无限自我更新和多能性两大核心特性，是研究人类早期胚胎发育和再生医学的重要模型。始发态（primed）hESC的多能性维持依赖于生长因子介导的信号通路的精确调控，其中ERK1/2作为MAPK通路的核心激酶发挥关键作用。然而，ERK1/2在始发态hESC中的功能长期存在争议：它究竟是维持多能性的必要条件，还是推动分化的起始信号？不同研究得出看似矛盾的结论，而这一矛盾背后存在深刻的方法学原因——以往对ERK1/2的研究多依赖药物抑制或RNA干扰，不仅作用短暂且难以完全消除ERK1/2活性，更无法克服ERK1与ERK2之间显著的功能代偿。因此，在真正实现ERK1/2完全消除的遗传学背景下重新审视其功能，成为破解这一争议的关键。

近日，上海交通大学医学院/中科院上海营养与健康研究所金颖团队在Cell Reports杂志发表题为ERK1/2 function as a centralhub safeguarding primed human embryonic stem cell identity via multifaceted regulatory networks的研究论文，通过基因操作证明了ERK1/2以剂量依赖方式决定primed hESC细胞命运：适度激酶活性维持始发态多能性，活性过高驱动中内胚层分化，而活性丧失则导致滋养层样分化。ERK1/2通过转录调控、信号通路交叉、表观遗传调控，成为维持primed hESC身份的多层分子网络的核心调控枢纽。

研究团队通过分步CRISPR-Cas9n编辑，构建了ERK1单敲除、ERK2单敲除及可诱导ERK1/2双敲除hESC系。利用这些细胞模型，他们发现单独敲除ERK1或ERK2时另一同源蛋白可代偿性维持多能性，在双敲除实现ERK1/2活性消除后，hESC有序退出primed多能态并特异性激活滋养层分化程序。在此基础上，研究者将野生型（WT）、激酶失活型（KD）、持续活化型（GOF）及可控核转位型（ERT2）ERK2分别回补至双敲除细胞：野生型可有效挽救多能性，激酶失活或胞质滞留型仅部分挽救，而持续超活化则启动中内胚层分化。这一"失活-回补"实验体系确立了ERK1/2的剂量依赖性命运调控，并证明完整激酶活性与核定位是维持primed多能性的双重必要条件。

在机制层面，团队整合RNA-seq、蛋白质组学、磷酸化蛋白质组学、p-ERK1/2互作组、ATAC-seq和CUT&Tag等多组学数据，系统解析了ERK1/2下游调控网络。转录层面，ERK1/2直接调控FOS/AP-1、MYC和ZIC2：ERK1/2活性过高时FOS/AP-1驱动中内胚层分化，而其活性不足时导致MYC和ZIC2下调，解除对滋养层程序的抑制。信号通路层面，ERK1/2通过维持YAP1的抑制性磷酸化以及通过CTDSPL2限制SMAD1/5活性，实现对YAP1和BMP信号的精准制衡；ERK1/2缺失后，YAP1-TEAD与p-SMAD1/5入核激活滋养层基因。表观遗传层面，ERK1/2经MYC-Ac-CoA轴维持H3K27ac水平及开放染色质，同时调控CDK1-EZH2轴以防止多能性基因位点异常积累H3K27me3。这些层面的调控以ERK1/2为核心枢纽相互作用，共同维持多能性基因激活与分化基因沉默的动态平衡。