然而，在此之前，这是如何精确发生的在某种程度上是一个科学秘密。如今，在一项新的研究中，美国加州大学圣巴巴拉分校神经科学家们破解出胚胎干细胞分化为神经元和其他类型细胞之前发生的一些早期变化。
通过研究盘碟中的人胚胎干细胞，加州大学圣巴巴拉分校博士后研究员Jiwon Jang发现一种新的途径在细胞分化中发挥着关键作用。相关研究结果于2016年3月24日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Primary Cilium-Autophagy-Nrf2 (PAN) Axis Activation Commits Human Embryonic Stem Cells to a Neuroectoderm Fate”。
论文通信作者、加州大学圣巴巴拉分校分子、细胞与发育细胞学系Kenneth S. Kosik教授说，“Jiwon的发现是非常重要的，这是因为它提供我们对胚胎干细胞工作方式和它们开始经历分化方式的基本理解。对这个领域而言，这是一个非常基本的但之前一直并未为人们所认识的知识。”
当人胚胎干细胞开始分化时，它们形成有潜力变成脑细胞（如神经元）的神经外胚层（neuroectoderm）；或者最终变成组成器官、肌肉、血液和骨组织的细胞的中内胚层（mesendoderm）。
Jang发现了被他和Kosik称作PAN（Primary cilium-Autophagy-Nrf2，即初级纤毛-自噬-Nrf2）轴的途径中的一些步骤。这种新鉴定出的途径似乎决定着胚胎干细胞的最终命运。
Jang解释道，“PAN轴在胚胎干细胞命运决定中发挥着非常重要的作用。细胞周期G1阶段时间延长诱导纤毛突出，而且这些细胞触须暴露的时间越长，它们能够收集的信号越多。”
一段时间以来，科学家们就已了解G1阶段，但是他们并不清楚它在胚胎干细胞分化中的作用。Jang的研究证实在变成神经元的胚胎干细胞中，延长G1阶段会触发一系列事件，从而导致胚胎干细胞分化为神经外胚层。
在G1阶段延长时，细胞产生初级纤毛，即能够检测它们所在环境的触须状突起。这种初级纤毛激活细胞自噬过程中的垃圾处理系统。
另一种重要因子是Nrf2，它监控细胞中的诸如自由基之类的危险分子，这也是健康细胞产生的一种特别重要的任务。
Kosik说，“Nrf2好比是细胞的卫士，它确信细胞正常地发挥功能。Nrf2在胚胎干细胞中的水平非常高，这是因为干细胞非常重要。如果没有Nrf2监控基因组完整性，那么未来的后代细胞就会陷入麻烦。”
Jang的研究证实在延长的G1阶段期间，Nrf2水平开始下降。Kosik注意到，这一点很重要，这是因为Nrf2通常不会下降直到干细胞已开始分化时。
Jang说，“我们曾认为，在相同条件下，如果干细胞是相同的，那么它们将以相同方式分化，但是这并不是我们所发现的情形。细胞命运是由G1阶段延长---这会延长初级纤毛暴露于它们的环境信号---控制的。这是种不错的想法。”
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