细胞维持生命的化学活动会生成许多简单的化合物，它们被称为代谢物。科学家们最近发现，生命初始阶段的代谢物改变能调控胚胎干细胞的发育。这项研究于十一月十六日发表在NatureCellBiology杂志上。
人类卵细胞受精之后就会沿着输卵管下行，同时分裂形成胚胎细胞团。这些植入前的原始态胚胎细胞具有多能性，可以分化为人体内任何一种细胞。发育中的胚胎植入子宫内壁，就意味着受孕成功。这时原始态（naive）干细胞会经历关键性改变，它们迈出分化的第一步，成为始发态（primed）干细胞。“植入子宫是一件非常困难的事，大多数胚胎做不到这一点，”这项研究的领导者，华盛顿大学的HanneleRuohola-Baker教授说。
再生医学领域的研究者们对这一转变特别感兴趣，因为植入前的原始态干细胞比植入后的始发态干细胞更好操纵。为了深入理解原始态和始发态干细胞之间的差异，华盛顿大学的YuliangWang比较了它们的基因表达图谱。研究显示，这两种细胞的差异涉及了细胞代谢基因。“这些代谢基因（尤其是与线粒体功能有关的基因）的表达水平在始发态干细胞中更高，”Wang说。“尼克酰胺-N-甲基转移酶(NNMT)的基因表达也存在很大差异。”
为了明确这些改变的具体影响，研究人员通过质谱技术分析了细胞的代谢物水平。他们发现，可以根据代谢组图谱区分原始态和始发态干细胞。举例来说，原始态干细胞富含甲基烟酰胺（MNA）。
MNA是代谢酶NNMT的产物，活跃NNMT能消耗S-腺苷蛋氨酸的一个甲基。该甲基通常用于一种表观遗传学调控——组蛋白甲基化。如果S-腺苷蛋氨酸供给不足，组蛋白甲基化调控就不能发生。
这项研究表明，原始态干细胞的NNMT减少了细胞内可用的甲基，限制了组蛋白甲基化的基因抑制。始发态干细胞的NNMT活性比较低，细胞具备充足的S-腺苷蛋氨酸，用于始发态所需的表观遗传学修饰。
研究人员还通过CRISPR基因编辑技术向人们展示，仅操纵NNMT活性就可以将细胞稳定在原始态或者始发态。“这项研究告诉我们，代谢物能够推动细胞功能和分化的关键性改变，”Ruohola-Baker说。“这不仅加深了我们对人类胚胎发育的理解，还提出了用代谢物（相对简单的化合物）改变细胞命运甚至治疗疾病的可能性。