《Nature》主刊——Moxi GO II测定细胞体积助力代谢调控不同物种发育速率的研究

2026-02-02 16:54:23 环亚生物科技有限公司

不同物种发育速率的研究

不同物种间的胚胎发育过程相对保守，但发育速率却存在较大差异，与物种的寿命、体型和其他生活史特征有关。在哺乳动物中，体型较大的物种，如人类，发育速率通常较慢，寿命更长，虽然早期小鼠胚胎和人类胚胎发育步骤相同，总体积相似，但人类胚胎的发育速率要比小鼠胚胎慢2-3倍。长期以来，人们一直认为生化反应速率的差异，包括蛋白质产生和降解的速度，是导致物种特异性发育速率差异的原因之一。但是造成不同物种之间生化反应速率差异的原因尚不清楚。

2023年1月份哈佛医学院研究团队在《Nature》主刊发表题为“Metabolic regulation of species-specific developmental rates”的文章，对物种发育速率的代谢调节进行研究。研究人员利用多能干细胞（PSC），建立了一套体外系统，重构了小鼠和人类胚胎之间两倍的发育速率差异，并发现在小鼠细胞中，代谢速率更快，同等质量下，代谢速率与发育速率成正比，通过抑制电子传递链来降低代谢速率可以破坏细胞内NAD+/NADH氧化还原平衡，降低总蛋白合成速率，从而降低发育速率；而过表达乳酸杆菌NADH氧化酶lbNOX可以提高翻译速率，加快发育速率。

分节时钟是一种在节前中胚层（PSM）细胞中运行的分子振荡器，在脊椎动物胚胎中控制体节形成的周期。研究团队利用多能干细胞（PSC）衍生的胚胎体节段（PSM）细胞建立小鼠和人类体节时钟的模型。他们开发了一套方法，在相同条件下诱导小鼠和人类PSC分化为PSM，他们发现小鼠细胞1-2天可以完成分化，而人类细胞则需要2-3天才能完成分化，小鼠PSM细胞周期的持续时间更短，分节时钟震荡也更频繁，说明小鼠和人类PSM细胞体外分化的发育速率差异大约是2倍（图1）。

Figure 1. Cell-autonomous differences in developmental rate between differentiating mouse and human PSM cells

图1. 分化小鼠和人PSM细胞发育速率的细胞自主差异

研究发现，人类PSM细胞的体积和重量大约是小鼠PSM细胞的两倍(图2) 。通过将代谢速率与细胞的体积或质量进行归一化，发现小鼠细胞质量特定的氧耗率和酸化率（ECAR）是人类细胞的两倍。此外，小鼠细胞的葡萄糖消耗和乳酸分泌速率也显著高于人类细胞，小鼠细胞的呼吸速率更高，线粒体膜电势更低，因此，细胞大小和代谢物质的差异可能是影响蛋白质合成速率的因素。具体来说，小鼠细胞的代谢速率更高，可能导致蛋白质合成速率增加。

图2. 与人类PSM细胞相比，小鼠PSM细胞的质量特异性代谢率升高

a. 用coulter计数器测量MSGN1-Venus+ PSM来源的小鼠和人PSM细胞的体积

综上，本研究部分解释了小鼠和人类早期胚胎阶段的发育速率差异，这种种间发育速率的差异可追溯到遗传原因，未来的研究有望实现从外部调控发育速率，在人类干细胞治疗和体外疾病建模中具有重要应用。

文章中研究者采用美国Orflo Technologies公司的Moxi GO II快速流式细胞仪，多次对人类和小鼠的PSM细胞进行精确的体积测量(图3)，及将代谢速率与细胞的体积或质量进行归一化处理。

图3. 细胞体积测量方法：使用库尔特原理的Moxi Go II快速流式细胞仪进行细胞大小测量

Moxi GO II

美国Orflo Technologies公司将行业公认的细胞计数金标准——库尔特原理(Coulter Principle)，与荧光流式检测技术相结合，推出的新一代快速流式细胞仪——Moxi GO II，提供超准确的细胞计数、细胞活率检测，以及超高分辨率的细胞粒径测量。库尔特原理对颗粒个体进行逐个三维测量，不但能准确测量颗粒的粒径分布，更能进行粒子绝对数目和浓度的测量。由于检测时不受激光衍射、散射因样本颜色或浓度变化的影响，库尔特原理所测粒径大小更接近真实。

Moxi GO II快速流式细胞仪，采用库尔特原理进行细胞计数和粒径测量，同时采用488nm激光光源，结合两个PMT通道，525/45nm通道和561nm/LP（或者646nm/LP，可根据需要更换），进行细胞活率、细胞凋亡、转染效率、活性氧簇、线粒体膜电位等常规流式检测。仪器设计小巧轻便，无需预热，开机即用，预设程序，触屏操控，运行后10秒即可给出测试结果，使用后也无需清洁维护。无论是经验丰富的流式专家，还是初试身手的实验小白，Moxi Go II都可以助您轻松完成实验。

美国Orflo Technologies公司是一家非常专业的细胞分析仪器研发和制造企业，拥有多项专利技术，产品以库尔特原理的高精细胞计数仪和超快流式细胞仪为主。

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文献全文网页链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05574-4

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