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胚胎干细胞（embryonic stem cells，ES细胞）来源于胚胎发育着床前囊胚阶段的内细胞团，它具有两个重要的特征，即无限的自我更新(self-renewal)和分化为体内所有种类细胞的能力(pluripotency)。由于这两方面的特性，ES细胞不仅是生命科学基础研究领域中理想的体外细胞模型，也为再生医学提供无限的细胞来源。然而，目前学者们对于ES细胞是通过何种机制来维持自我更新和定向分化尚不完全清楚。对于这一问题的解答将极大地推动ES细胞在基础研究和临床上的应用。 ES细胞的自我更新和发育多能性主要通过细胞内核心转录因子调控网络和多条细胞外信号通路共同调控。ES细胞中一些关键的转录因子诸如Oct4、Sox2、Nanog、Tbx3、Esrrb、Klf4和Foxd3所构成的核心转录调控网络对于ES细胞特性的维持是不可或缺的。另一方面ERK-MAPK和Calcineurin-NFAT这两条通路已被证明在小鼠ES细胞早期分化以及小鼠胚胎发育早期谱系决定过程中发挥重要作用。然而，在ES细胞内，多能性相关转录因子和分化相关的信号通路之间的功能关联性研究鲜有报道。基于我们实验室已积累的实验数据，我们发现ES细胞内多能性相关转录因子可通过拮抗分化相关信号通路来维持ES细胞自我更新。这个发现不仅有助于了解和扩充ES细胞维持自我更新的分子机制，同时也利于优化现有ES细胞建立和培养体系，并推动ES细胞临床应用的进程。 在本研究中，我们发现自我更新相关转录因子Foxd3可以抑制NFATc3过表达所引发的小鼠ES细胞分化表型。同时，我们发现添加NFAT信号通路特异性抑制剂可以部分抑制Foxd3敲除引起的ES细胞强烈的细胞分化和凋亡表型。这些结果都表明Foxd3和NFATc3两者之间的平衡对于ES细胞自我更新的维持是非常重要的。 在分子水平上，我们发现Foxd3和NFATc3之间有直接的蛋白相互作用。进一步的实验表明，Foxd3蛋白的叉头结构域(Forkhead domain)和C端结构域(C-terminal domain)介导了其与NFATc3之间的蛋白相互作用，而NFATc3蛋白的N端结构域(N-terminal domain)介导了其和Foxd3之间的蛋白相互作用。与此同时，我们发现Foxd3能招募共抑制子Tle4来协同抑制NFATc3的转录活性，并且Foxd3对于NFATc3转录活性的抑制依赖于Foxd3与NFATc3之间的蛋白相互作用。另外，我们还发现Foxd3和NFATc3可以直接结合在分化诱导基因Src的上游转录启动子区域并共同调节其表达。Src不仅是上皮间充质转化过程的标志性分子，也被证明为NFATc3的直接下游基因并能诱导ES细胞分化。以上这些实验结果表明Foxd3通过蛋白相互作用和招募共抑制子来抑制NFATc3的转录活性，进一步调控NFATc3下游基因Src的表达，最终起到稳定ES细胞状态的作用。 在基因组水平上，我们通过芯片分析发现Foxd3和NFATc3能够共同调节一组与分化相关基因群，以此来调控ES细胞自我更新和分化之间的平衡。 综上所述，本研究证明在小鼠ES细胞中多能性相关转录因子Foxd3能够直接结合NFATc3蛋白并通过招募共抑制子Tle4来抑制Calcineurin-NFAT信号通路转录活性，下调NFAT通路下游分化相关靶基因的表达水平，从而维持ES细胞自我更新和发育全能性之间的平衡。该研究建立了多能性相关转录因子和分化相关信号通路之间的功能和分子联系，有助于我们更清楚地了解ES细胞自我更新和分化的调控网络，为ES细胞的研究和应用提供新的思路。