摘要
调节不同多能干细胞的在体外保存的分子机制和信号通路，以及它们通过直接重编程在体细胞中的诱导，构成了一个非常令人兴奋的研究领域。在这篇综述中，我们整合了一些与分离得到具有不同的功能和分子特征、来自不同物种的、独特的naive与primed多能干细胞状态的最新发现。我们概述了体外和体内多能状态转换和相互转换的途径。最后，我们强调了这种动态多能细胞状态的未解决的关键问题、未来方向和潜在的新应用。
要点
- 多能性在体内是高度动态的，并在植入前和植入后的不同阶段进化。然而，自我更新的特征是培养条件赋予的一种非常有用的体外人工表型。
- 不同的多能干细胞类型可以从不同的来源和使用不同的方法在体外分离。培养细胞所呈现的多能性状态是由其体外生长条件决定的，而不是由其来源细胞决定的。
- 根据其在抑制MEK信号后维持多能状态自我更新的能力或失败程度，可以分别从功能上对naive和primed多能状态进行分类。
- 多能性的naive和primed状态代表了一种连续的构型，而不是固定的单个状态。在naive和primed多能性状态中，可以根据不同的特征发现不同程度的naive或primed。
- 人类常规多能性细胞是处于primed状态；然而，它们与小鼠primed的细胞并不完全相同，并且具有某些naive的特性。体内差异可能是体外分离的小鼠和人多能干细胞生长要求和特性差异的基础。
- 使用人类naive多能性的生长条件和细胞可能对诱导多能性干细胞和胚胎干细胞的质量及其分化能力、一致性和稳健性产生显著影响。
背景
多能性描述了有可能从所有三个胚胎胚层和可能的原始生殖细胞 (PGC) 中产生细胞的细胞，但不是胚胎外组织 1。尽管多能性在体内是一种瞬时状态，但多能性细胞可以来源于早期胚胎发育的不同阶段，并通过补充外源线索在体外无限期地维持在人工诱导的自我更新状态。因此，重要的是要强调自我更新不是多能性的定义特征，而只是早期发育过程中的短暂特征。多能性是高度动态的，并在植入前和植入后发育的不同阶段演变3。然而，自我更新方面是一种非常有用的体外“工程技巧”（参考文献 4），它使多能细胞成为组织替代、疾病建模和动物工程的工具5。
有多种类型的多能干细胞可以从脊椎动物（包括啮齿动物和人类）中分离出来，它们通常根据它们的供体细胞来源进行注释（图 1）。胚胎干细胞 (ES 细胞) 是从发育中的植入前小鼠或人类囊胚的内细胞团 (ICM) 中分离出来的 6-8。上胚层干细胞 (EpiSCs) 是从小鼠植入后外胚层9,10 中分离出来的；出于伦理原因，尚未尝试对人类胚胎进行等效的推导。早期迁移的啮齿动物 PGC 可以在体外转化为多能 ES 细胞样细胞，称为胚胎生殖细胞 11、12。小鼠新生儿和成年精原干细胞可以恢复为多能性并产生雄性生殖干细胞 (GSC)13-15。然而，GSC 的缺点是仅保留男性印记特征，这可能会增加其致瘤潜力 15。有趣的是，迄今为止，尚未从灵长类动物中分离出稳定且经过验证的胚胎生殖细胞或 GSCs16,17（图 1）。
体细胞重编程为分离多能细胞类型提供了替代途径。人类和啮齿动物体细胞可以通过核移植人工重编程为 ES 细胞样细胞，产生 NT-ES 细胞 18-20。十年前，通过特定因子的异位表达将体细胞直接体外重编程为多能性21，产生诱导多能干细胞（iPSC），而不需要卵母细胞或胚胎22-25（图1）。 NT-ES 细胞和 iPSC 的优势在于能够产生具有与供体体细胞相同的核 DNA 的患者特异性多能细胞；然而，NT-ES 细胞中的线粒体 DNA 是非等基因的，由无核供体卵母细胞提供。这在旨在纠正母系遗传的线粒体疾病的应用中可能是一个优势27-29。
图 1 |在小鼠和人类中获得不同类型的多能干细胞。各种多能细胞类型可以来源于在小鼠或人类发育的不同阶段收获的不同类型的胚胎细胞。或者，体细胞可以通过体细胞核移植（产生核移植胚胎干（ES）细胞（NT-ES细胞））或通过外源转录因子的表达（产生诱导多能干细胞（iPSC））进行重编程。来自植入后外胚层（外胚层干细胞（EpiSCs））或生殖细胞谱系（胚胎生殖细胞和精原生殖干细胞（GSCs））的多能细胞尚未在人类或其他灵长类动物中稳定衍生。出于治疗目的，iPSC 和 NT-ES 细胞的优势在于它们的核 DNA 在遗传上与供体患者的体细胞相同。然而，NT-ES 细胞将保留供体体细胞核转移到其中的无核雌性卵母细胞的线粒体 DNA。精原干细胞是由已经建立了专属男性（父系）印记模式的精原干细胞产生的；因此，由它们衍生的 GSC 具有相同的印记模式。如果将来可以从成年男性中建立精原细胞 GSC，那么这些细胞缺乏母体印记的事实可能会限制它们的治疗潜力。ICM，内细胞团； PGC，原始生殖细胞。
鉴于上述概述涉及基于其组织衍生来源的不同多能细胞类型的分类，用于在体外扩增此类细胞的生长条件决定了它们达到的多能状态（例如，ICM 样， ES 细胞样或 EpiSC 样状态）30,31。在经典小鼠 ES 细胞生长条件下产生的 iPSC 会产生类似 ES 细胞的 iPSC，而在 EpiSC 生长条件下重新编程的 iPSC 会产生类似 EpiSC 的 iPSC30,32。同样的类比适用于啮齿动物 ICM 的细胞移植在ES 细胞或 EpiSCs30,33 生长条件下。与发育受限的小鼠 EpiSCs 相比，ES 细胞在显微注射到宿主囊胚后能够高度生成高贡献嵌合小鼠，在雌性细胞系中保持前 X 失活状态，并且谱系分化因子的表达降低 30,31。这些属性影响多能细胞在细胞分化测定和动物转基因中的使用。因此，了解和定义不同物种的不同多能状态和配置非常重要4
在这篇综述中，我们提供了一个综合观点，说明了我们对体外多能状态调节的多样性和复杂性的理解方面的最新突破。这包括在保护非啮齿动物物种和替代多能状态的naive多能性方面取得的进展。我们重点介绍了这一令人兴奋的干细胞研究领域中未解决的问题、关键问题和未来方向。
小鼠多能状态
小鼠ES细胞被证明处于类似ICM的状态30，被称为naive多能性31，因为它们保留了ICM的几个分子特征。一种新型的多能细胞EpiSCs后来从植入后的啮齿动物上皮细胞9，10中分化而来。与原始的ES细胞相比，EpiSCs保留了一种可供选择的多能性构型，被称为primed多能性31。不同类型的多能细胞在分子和功能上存在显著差异，从而影响其特性、功能和安全性。
图 2 |信号通路及其对naive和primed的多能状态的影响。不同的信号通路可以正向或负向调节naive和primed的小鼠多能干细胞。请注意，显示的大多数信号通路对小鼠的naive和primed的多能状态具有相反的影响（例如，白血病抑制因子 (LIF) - 信号转导和转录激活因子 3 (STAT3) 和成纤维细胞生长因子 2 (FGF2 )–ERK 信号通路)。重要的是要强调，该计划中未包括的其他途径也可能参与此类监管，并且将来可能会进一步表征。这些途径可能包括 HIPPO、RHO、NOTCH 和核因子-κB 信号传导。粉红色方框突出显示在调节小鼠和人类多能细胞中可能发挥不同作用的信号通路。更具体地说，低剂量的转化生长因子-β (TGFβ)、激活素-NODAL、核 β-连环蛋白或 FGF2（不依赖 MEK-ERK）诱导的信号传导是否以不同的方式影响人类naive多能性仍有待充分了解以前在啮齿动物naive胚胎干细胞中观察到的。虚线箭头表示仍有待建立的潜在链接。 BMP，骨形态发生蛋白； ESRRβ，雌激素相关受体-β； GSK3β，糖原合酶激酶 3β； JNK，君样激酶； NuRD，核小体重塑和脱乙酰酶； OCT4，八聚体结合蛋白 4； PKC，蛋白激酶 C； TCF3，转录因子 3。改编自海报 http://www.nature.com/nrm/posters/pluripotency/index.html，自然出版集团。
图 3 |小鼠和人类分离的多能干细胞 (PSC) 中的naive多能细胞特性。左侧第一列列出了可用于区分在 2i/白血病抑制因子 (LIF) 条件下扩增的小鼠胚胎干细胞（naive多能细胞）和在成纤维细胞生长因子 2 (FGF2) 中扩增的小鼠上胚层干细胞的特性/激活素 A 条件（primed的多能细胞）。这两个参考状态用于注释已用于小鼠或人类多能干细胞的各种其他生长条件。对于每种生长条件，我们指出在该条件下培养的细胞是否具有类似naive的特性（以橙色显示）或类似primed的特性（以蓝色显示）。空框表示缺乏特征。这份属性列表可能会随着时间的推移而增加，并可用于系统地注释在独特条件下和从其他物种中分离出来的新多能状态；对于包含来自小鼠、大鼠、人类和恒河猴的多能细胞的扩展表，请参见补充信息 S1（图）。
BMPi，骨形态发生蛋白抑制剂； DNMT1，DNA甲基转移酶1； FBS，胎牛血清； H3K27me3，组蛋白 H3 Lys27 三甲基化； ICM，内细胞团； JNKi，Jun样激酶抑制剂； KLF，Krüppel 样因子； MBD3，甲基 CpG 结合结构域蛋白 3； MEF，小鼠胚胎成纤维细胞； METTL3，甲基转移酶样蛋白 3； OCT4，八聚体结合蛋白 4； OxPhos，氧化磷酸化； PGCLC，原始生殖细胞样细胞； PKCi，蛋白激酶 C 抑制剂； PRDM14，PR 结构域锌指蛋白 14； ROCKi，RHO 相关蛋白激酶 1 抑制剂； TFE3，转录因子 E3； TGFβ，转化生长因子-β； TSC，滋养层干细胞。
*无雌激素相关受体-β (ESRRβ)。 ‡小鼠宿主胚胎。改编自海报http://www.nature.com/nrm/posters/pluripotency/index.html，自然出版集团。
naive多能性的生长条件。为了充分了解小鼠幼稚 ES 细胞的生物学及其发育背景，回顾过去 30 年来为分离此类细胞而设计的生长条件的演变具有重要意义。 ES 细胞最初来源于 129 小鼠品系 7,8，通过使用有丝分裂失活的小鼠胚胎成纤维细胞 (MEF) 作为饲养细胞和胎牛血清 (FBS)34。白血病抑制因子 (LIF) 可激活 JAK-STAT3（Janus 激酶信号转导和转录激活因子 3）通路，后来被确定为在没有 MEF 的情况下使小鼠 ES 细胞在 FBS/LIF 条件下增殖的关键成分35， 36（图 2）。这种naive小鼠 ES 细胞表达标志性的多能性因子（例如八聚体结合蛋白 4（OCT4；也称为 POU5F1）、同源盒蛋白 NANOG 和雌激素相关受体-β（ESRRβ；也称为 ERR2））并保留一个前雌性细胞系中的 X 失活状态 37 (图 3)。在功能上，ES 细胞可以在显微注射到胚泡后填充宿主植入前小鼠 ICM，并产生具有生殖系定殖的高贡献嵌合体。
通过将低剂量的骨形态发生蛋白 4 (BMP4) 与 LIF38 相结合，开发了用于扩增小鼠 ES 细胞的第一个无血清和无饲养层的确定条件。添加MEK 信号小分子抑制剂增加了 ES 细胞的衍生效率及其稳定性 39。这种方法通过开发不同的定义条件得到扩展，所有条件都涉及 MEK 抑制剂，可用于分离小鼠 ES 细胞。三种抑制剂的组合，称为 3i 条件，显示在没有 LIF 的情况下稳定多能细胞，表明存在可用于体外分离 ES 细胞并可以补偿缺乏 LIF-STAT3 信号 40的冗余途径。值得注意的是，这种细胞配置被标记为基态多能性，因为据报道在 3i 条件下培养的细胞独立于任何外源信号刺激而生长。然而，该术语的使用受到以下事实的挑战：在这些条件下的生长在很大程度上依赖于抑制糖原合酶激酶 3 (GSK3)，它模拟 WNT 信号通路的刺激，以及激活 PI3K-AKT 的外源性胰岛素。信号 40.此外，采用 2i/LIF 条件作为扩增小鼠 ES 细胞群的增强手段，与 2i/LIF 条件相比，3i 条件下增殖减少表明自分泌成纤维细胞生长因子 4 (FGF4) 在促进生长中的作用独立于 MEK-ERK 信号转导 30、41、42 的naive ES 细胞（图 2）。值得注意的是，Erk1 和 Erk2 的完全和联合遗传消融不利于维持啮齿动物naive ES 细胞的存活，并且不会产生与 MEK 抑制产生的相同表型，这表明 MEK 抑制在维持 ES 细胞稳定性方面具有独立的额外作用ERK43。
替代 2i 条件，包括 GSK3 和 SRC 途径的小分子抑制剂，产生种系胜任能力的 ES 细胞 44（图 2）。 Go6983 是一种非典型蛋白激酶 C (aPKCi) 的小分子抑制剂，与 LIF 和/或 MEK45 抑制剂一起被确定为分离小鼠 ES 细胞的另一种刺激物。单细胞 RNA 测序 (RNA-seq) 分析表明，幼稚多能性的不同生长条件之间存在等效的全局异质性；然而，在每种情况下构成异质性的基因的身份存在差异46。
丰富的条件对于从小鼠品系中获得 ES 细胞很重要，直到最近，这些小鼠品系被认为不允许获得naive ES 细胞。虽然源自 129 小鼠品系的 ES 细胞可以在 FBS/LIF 条件下扩增，但对于其他小鼠品系，例如非肥胖糖尿病 (NOD) 小鼠，补充 2i 条件或 GSK3 抑制剂 (GSKi) 对于naive多能细胞的衍生和维持都是必不可少的。30,42。 3i 和 2i/LIF 条件已用于产生大鼠 ES 细胞，尽管这些条件不是最理想的 47,48。 LIF/MEKi/aPKCi 条件是支持大鼠 ES 细胞的更稳健的方法49（图 2,3）。
上述发现强调了分析在不同naive生长条件和不同遗传背景下扩增的啮齿动物 ES 细胞的相关性。此外，他们强调了在多能性背景下仍有待更广泛表征的其他信号通路的重要性（图 2）。 SRC 作为 MEK-ERK 和钙调神经磷酸酶 - 活化 T 细胞核因子 (NFAT) 信号传导的下游靶点发挥作用，以促进 ES 细胞分化 50，其抑制促进naive多能性 44,50。核因子-κB (NF-κB) 抑制已被确定为介导由 aPKC 抑制支持的naive多能性的下游效应器。然而，其他途径，例如甲基 CpG 结合结构域蛋白 3 (MBD3) - 核小体重塑和脱乙酰酶 (NuRD) 阻遏复合物，也可以被 aPKCi 中和（J.H.H.，未发表的观察结果）。
HIPPO 信号通路调节晚期小鼠桑椹胚中上胚层与滋养层的分离，并在多能上胚层细胞中高度活跃，导致 YES 相关蛋白 (YAP) 和具有 PDZ 结合基序 (TAZ) 效应子的转录共激活因子被排除在核外51,52。在 2i/LIF 条件下扩增的小鼠naive ES 细胞中 YAP 和 TAZ 的消耗进一步增强了它们对分化的抵抗力，而另一项研究表明，YAP 和 TAZ 是在 FBS/LIF 条件下扩增的naive ES 细胞稳定性的重要调节剂。在不同条件下重新分析这些发现可能会解决这些看似相反的结果（图 3）。
应该注意的是，信号通路通常是多效性的，并且可能同时对naive多能性产生积极和消极的影响。例如，GSK3 抑制后核 β-连环蛋白的稳定通过中和转录因子 3 (TCF3) 对其核内靶基因的抑制活性来促进naive多能性。细胞质 β-连环蛋白通过增加 E-钙粘蛋白膜稳定性来促进naive多能性 55（图 2）。然而，核 β-catenin 可以通过其 LEF 协同效应子诱导中胚层基因表达，尽管在优化条件下 β-catenin 的naive多能性促进功能超过了这种分化启动效应。 LIF 也被证明在naive多能性生长条件下促进原始内胚层分化56。在剖析信号通路对多能性的作用时，应牢记这种“非纯粹”效应。
naive鼠 ES 细胞可以生长的大量条件对于更好地理解和重新审视几种经典多能性调节剂的作用非常重要。尽管 NANOG 最初被认为对于通过 iPSC 重编程、细胞融合或 EpiSC 逆转建立naive多能性是绝对必要的，但此后各种条件使 NANOG-null 供体细胞在体外重编程成为可能 58-60。然而，NANOG-null ES 细胞不能来源于小鼠 ICM，这表明尽管 NANOG 对于在体内建立多能性是必不可少的，但在体外诱导过程中是可有可无的。这个例子强调了多能性的体外维持不能被认为是“真实的”，因为一些体外条件可以增强naive多能性程序的稳健性并弥补在体内不可持续的缺陷。类似地，Krüppel 样因子 2 (Klf2) 敲除胚胎在植入前阶段不表现出杀伤力，并且在 2i/LIF 或 FBS/LIF 条件下的naive ES 细胞可以耐受 Klf2 的消融（参考文献 62）。然而，仅 2i 条件下的 ES 细胞不能承受 KLF2 的损失（参考文献 62），因为需要 LIF 来补偿 KLF2 的缺乏。
另一个新兴的调控原则是，并非所有在 ICM 或 ES 细胞中表达的因子都必然促进naive多能性。事实上，其中一些促进了它的解散。然而，由于使用了优化和丰富的生长条件，这些因素在体外被 ES 细胞耐受。例如，TCF3 与其naive多能性促进靶基因的结合导致它们的部分抑制，但在 FBS/LIF 生长条件下是可以容忍的。然而，通过添加 GSK3i 中和 TCF3 会增强naive多能性54。以类似的方式，小鼠 ES 细胞耐受 MBD3-NuRD 复合物的表达，尽管它部分抑制naive多能性靶标。然而，Mbd3 的基因消融导致naive多能性主调节因子的表达上调，并使 LIF 非依赖性细胞生长成为可能。一致地，在 2i/LIF 条件下，从 ICM 中衍生出的 Mbd3 敲除 ES 细胞不会受到影响。总之，TCF3 和 MBD3 都在 ICM 和 ES 细胞中表达，它们可能为终止naive多能性奠定了基础。因此，在某种生长条件下多能状态的分子特征代表了同时存在于该状态中的相互冲突的稳定和不稳定因素的最终结果 65。
总的来说，在分析多能性调节剂的功能时，系统地比较不同的naive生长条件、遗传背景和体内环境非常重要。这种综合分析可能会解开被低估的复杂性的额外层次，并可能解决一些相互矛盾的结果52,53。
primed多能性的生长条件。在 FGF2/ Activin A 条件下 9,10 (图 1) ，primed EpiSC 来源于啮齿动物的植入后上胚层。 EpiSCs 能够在体外或在畸胎瘤试验中分化成所有三个胚层的细胞，因此它们是多能的。然而，一旦注入植入前上胚层（图 3），它们在产生嵌合动物方面效率低下，这可能是因为与宿主植入前环境相比，它们已经改变了分子特征并且对应于更高级的发育阶段 9, 10。然而，当体外注入宿主植入后胚胎时，EpiSCs 可以形成低贡献的嵌合胚胎67。
EpiSCs 维持 OCT4 和 SOX2 的表达，但它们下调大多数其他多能性因子的表达，包括 NANOG、ESRRβ、KLF2 和 KLF4（参考文献 3）。 EpiSCs 没有经历分化，但它们上调了同源盒蛋白 OTX2、Brachyury 和锌指蛋白 ZIC2 等谱系定型因子（参考文献 68）。在表观遗传学上，EpiSCs 具有与naive ES 细胞不同的特征：它们使女性的 X 染色体失活，上调整体 DNA 甲基化水平，并在发育调节因子处获得组蛋白 H3 Lys27 三甲基化 (H3K27me3)69,70。增强子景观在naive和primed的多能状态之间重新连接，发育调节基因相关的种子增强子在 EpiSCs 中从休眠状态转变为活跃状态，从而预先标记了primed的 PSCs 的谱系分化偏差。图 2,3 总结了小鼠primed多能细胞和naive多能细胞的不同信号传导和分子特征。
在调节水平上，已显示naive和primed多能细胞对表观遗传阻遏物具有相反的依赖性66（图 4）。在 FBS/LIF 或 2i/LIF 条件下扩增的naive ES 细胞耐受表观遗传抑制因子的丢失，例如 DNA 甲基转移酶 1 (DNMT1)、DICER、Polycomb 蛋白 EED、MBD3 和甲基转移酶样蛋白 3 (METTL3)66，这使得这些细胞'超naive'和抗分化66,72（图4）。相反，小鼠primed多能细胞的维持和活力取决于这些调节剂，它们的消融会破坏小鼠primed多能状态66（图 4）。准确定义这些阻遏物的消耗如何破坏primed的配置是未来的兴趣所在。
扩大鼠 EpiSCs 的替代生长条件已经开始出现。同时使用 GSK3i（诱导 β-catenin 稳定化）和小分子 tankyrase 抑制剂 IWR1（上调 axin 1 和 axin 2 的水平，从而导致 β-catenin 保留在细胞质中）—称为 GSK3i/IWR1 条件——在没有外源性 FGF2/Activin A 补充剂的情况下维持新的primed的 EpiSCs73（图 3）。 IWR1 的去除导致 β-连环蛋白的核穿梭增加和 EpiSC 分化 73。细胞质 β-连环蛋白阻止 EpiSC 分化的机制仍有待发现 73。很容易推测，最近描述的细胞质后期促进复合物 (APC)-轴蛋白-β-连环蛋白破坏复合物作为 YAP 和 TAZ 的隔离“沟”并防止它们的核穿梭的能力参与了GSK3i/IWR1 条件维持 EpiSCs 的能力。值得注意的是，后一种可供选择的 EpiSC 状态与在经典 FGF2/激活素 A 条件下扩增的 EpiSC 不同，因为它保留了更高水平的naive标记 73 表达，因此primed相对较少（图 3）。
最近的研究表明，不同的启动条件可以赋予 EpiSCs 植入后外胚层的区域特异性特征。在 FGF2/激活素 A 条件下扩增的 EpiSC 在转录和功能上对应于晚期原肠胚原条细胞 74。替代的 FGF2/IWR1 条件产生对应于后近端上胚层的鼠 EpiSCs。此外，即使在经典的 FGF2/激活素 A 条件下，不同的 EpiSC 亚群也可以共存，每个亚群代表着植入后胚胎发育的不同阶段。
最后，多能细胞在primed条件下维持的时间长度极大地影响了它们的特性和功能 77。与直觉相反，虽然小鼠 PGCs 是从体内植入后上胚层指定的，但在 FGF2/激活素 A 条件下在体外维持超过 7 天的 EpiSCs 会失去响应 BMP4 产生 PGCs 的能力（参考文献 77）。从naive细胞开始并诱导 2-4 天的短暂启动会产生不同的primed细胞，这些细胞高度胜任生成 PGC 样细胞，称为 Epi 样细胞 77。后者在转录上更类似于体内植入后上胚层而不是 EpiSCs77。因此，上述范例表明了可以由在体外无限期扩展多能细胞获得的人工特征的另一个方面，与它们在体内仅在发育过程中短暂存在的对应物形成对比。
涉及克隆系和单细胞分析的研究将提供对区域特异性 EpiSC 和 EpiSC 在不同primed条件下从naive状态体外诱导后不久的特征的更深入了解。这可能有助于我们了解在这些关键的早期发育转变期间如何在单细胞水平上建立谱系启动 74, 75，并且可能与优化其他分化方案和预测 PSC 的行为有关。
图 4 |表观遗传抑制因子对小鼠naive和primed多能细胞的相反影响。小鼠naive和primed多能细胞的不同不仅在于它们对不同信号通路的依赖和它们的表观遗传特征，而且还在于它们的谱系决策。在 2i/白血病抑制因子 (LIF) 或胎牛血清 (FBS)/LIF 条件下扩增的小鼠naive胚胎干细胞 (ES 细胞) 可耐受 DNA 甲基转移酶 1 (DNMT1)、甲基 CpG 结合域3 蛋白(MBD3)、DICER、DGCR8、甲基转移酶样蛋白 3 (METTL3)、EED 和 EZH2等表观遗传抑制因子的完全丧失蛋。此外，表观遗传抑制因子的丧失加强了有利于多能性促进因子的平衡，并产生了“超naive”多能细胞，这些细胞对分化具有相对更强的抵抗力，并且可以耐受 LIF 细胞因子的撤出。鼠primed的上胚层干细胞 (EpiSCs) 通常以相反的方式对表观遗传抑制因子的完全消融作出反应。与naive多能细胞相比，已建立的小鼠primed的 EpiSC 自然下调多能因子并上调谱系引发因子。在primed多能性阶段的表观遗传抑制因子的消融提示平衡分化和/或损害细胞存活。应该注意的是，各种表观遗传抑制因子（如 METTL3 或 DGCR8）的消融总体上会对primed的多能性的稳定性产生负面影响；然而，导致状态崩溃的下游事件不一定在每种情况下都相同，因此应该在体外和体内彻底剖析。
FGF2，成纤维细胞生长因子 2。经 REF66许可改编 AAAS.。
naive状态和primed状态之间的转换。类似于通过多能性因子与 LIF 的组合过表达将体细胞重编程为naive ES 细胞样状态，primed的 EpiSCs 也可以恢复为naive iPSC。在含有 LIF 的条件下，EpiSC 中 KLF4 或 MYC 的过表达会产生naive的 ES 细胞30,78。仅 FBS/LIF 信号就足以在来自许可小鼠遗传背景（例如 129 株）79 的细胞中诱导这种转化，但不能在来自“非许可”株系的细胞中诱导这种转化，例如 NOD 小鼠，为此补充了小分子，如 2i 条件，是必要的 30。其他因素，如 NANOG、PR 结构域锌指蛋白 14 (PRDM14) 和 ESRRβ，已被证明可协同诱导和提高该过程的效率80, 81。在naive条件下移植植入后胚胎第 5.5 天 (E5.5)– E7.5 上胚层也将它们恢复为naive PSC30,79。对于体外和体内分离的naive细胞，可以实现相反的转换，因为在primed条件下增殖小鼠naive PSC 或 ICM 细胞会导致它们逐渐采用 EpiSC 状态30、33、78。
专注于伴随从naive到primed的多能状态的体外转换的分子变化的研究揭示了重编程机制中的关键事件。在 2i/LIF 条件下扩增的naive ES 细胞在启动子和基因体中均保持低甲基化水平，与在 ICM 细胞中测得的高度相似82, 83。当naive ES 细胞被转移到 FBS/LIF 条件下时，整体 DNA 甲基化水平会增加，尽管启动子和增强子调控区域仍然受到保护，不受 DNA 甲基化的影响。只有在转移到primed的 FGF2/激活素 A EpiSC 诱导生长条件后，DNA 甲基化才会在增强子和启动子调节元件上积累。
将naive的 FBS/LIF 培养的 PSC 转变为 2i/LIF 条件最初会导致编码 OCT4、SOX2 和 NANOG 多能性因子的基因的启动子占有率发生变化。 H3K27me3 沉积和增强子景观的变化随后发生，可能是为了响应转录因子结合的重新布线85。接下来是 DNA 甲基化的下调，主要归因于从头 DNA 甲基转移酶表达的下调82。然而，应该注意的是，在 FBS/LIF 条件下，ES 细胞中 DNMT3A 和 DNMT3B 的消融不会导致 DNA 甲基化的快速丧失，并且其他尚未确定的事件可能与这种快速的 2i-诱导的表观遗传反应。 MEK-ERK 抑制影响 Polycomb 相互作用并导致 Polycomb 抑制复合物 2 (PRC2) 的启动子占有率降低，并降低谱系承诺基因上 RNA 聚合酶 II (Pol II) 羧基末端结构域的磷酸化，导致 H3K27me3 丢失和Pol II 在二价发育调节基因座上的暂停的增加 69。分析其他已定义的naive多能性生长条件（例如 2i/LIF/PKCi 和替代 2i 条件）和对其他啮齿动物的研究对于辨别不同信号通路的冗余和特异性及其与染色质组织的串扰非常重要。
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