中国研究人员首次从猴胚胎干细胞中创造出类胚胎结构

由于围绕使用胚胎进行研究的伦理问题以及研究材料的可用性有限，人类胚胎发育和早期器官形成在很大程度上仍未得到探索。昨天发表在《细胞干细胞》（Cell Stem Cell）杂志上的一篇论文中 ，中国的一组研究人员首次报告了从猴胚胎干细胞中产生类胚胎结构的情况。研究人员还将这些胚胎样结构转移到雌性猴子的子宫中，并确定这些结构能够植入并引发类似于怀孕的激素反应。

食蟹猴胚胎模型捕捉原肠发育和早期妊娠。

共同通讯作者包括中国科学院 (CAS) 的 Qiang Sun（孙强，音译）、中国科学院（上海）的 Zhen Liu（刘振，音译）以及清华大学的 Fan Zhou（周范，音译）。

TIPS: 该工作得到国家重点研发计划、上海市科技重大专项、中科院先导专项、中科院基础前沿科学研究计划、细胞生态系统创新海河实验室的资助基金、清华-北京生命科学中心启动基金、清华大学生命科学学院杜氏专项基金支持。

研究者指出：

人类胚胎发生和器官发生的分子机制在很大程度上尚不清楚。由于猴子在进化上与人类密切相关，我们希望对这些模型的研究将加深我们对人类胚胎发育的理解，包括揭示早期流产的一些原因。

这项研究创造了一种可以无限期诱导和培养的类胚胎系统。它为后续探索灵长类胚胎和生殖医学健康提供了新的工具和视角。

研究人员从猕猴胚胎干细胞开始，他们在细胞培养中将其暴露于多种生长因子。这些因素诱导干细胞第一次使用非人灵长类细胞形成胚胎样结构。

当在显微镜下研究时，发现胚胎样结构，也称为母细胞，具有与天然胚泡相似的形态。随着它们 在体外的进一步发育，它们形成了看起来像羊膜和卵黄囊的结构。胚细胞也开始形成最终构成身体三个胚层的细胞类型。单细胞 RNA 测序表明，在这些结构中发现的不同类型的细胞与在天然胚泡或植入后胚胎中发现的细胞具有相似的基因表达模式。

然后将囊胚移植到 8 只母猴的子宫中;8 例中有 3 例移植成功。这种植入导致孕酮和绒毛膜促性腺激素的释放，这些激素通常与怀孕有关。胚泡还形成了妊娠早期囊，在妊娠早期发育的充满液体的结构，以包裹胚胎和羊水。然而，它们并没有形成胎儿，大约一周后这些结构就消失了。

在未来的工作中，研究人员计划专注于进一步开发从猴细胞中培养胚胎样结构的系统。

研究者指出：

这将为我们未来的研究提供一个有用的模型。猴母细胞的进一步应用有助于剖析灵长类胚胎发育的分子机制。

研究人员承认围绕此类研究的伦理问题，但强调这些胚胎样结构与天然胚泡之间仍然存在许多差异。重要的是，胚胎样结构没有完全的发育潜力。他们指出，要推动这一领域的发展，科学界和公众之间的讨论很重要。

附原研究背景信息：

由于样本可用性有限和伦理限制，人类胚胎发生和器官发生的分子机制在很大程度上仍不清楚。

基于自我组织及其分化能力，多能干细胞 (PSC) 可在特定条件下被诱导形成类胚胎结构（包括母细胞、胚状体和类原肠胚），为体外研究胚胎发育提供了一种有用的工具。源自胚胎干细胞 (ESC) 和滋养层干细胞 (TSC) 或扩展多能干细胞 (EPSC) 的小鼠母细胞已被证明具有有限的分化潜能，无法产生具有胚胎-未胚轴的适当胚胎样结构。

另一种源自 ESC、TSC 和胚外内胚层干细胞 (XEN) 的小鼠胚胎模型可以通过体外培养系统部分模拟原肠胚形成以外的围着床发育。然而，啮齿动物和灵长类动物之间的发育特征在植入后变得更加多样化。最近，在特定的诱导方案下，使用人类幼稚 PSC 或 EPSC 成功地生成了与囊胚具有相似形态和转录组的人类母细胞，这表明在体外研究人类囊胚发育的稳健模型。然而，出于伦理考虑，评估体内或体外发育潜力的长期培养和植入后的体内母体移植对于人类胚细胞是不允许的。因此，迫切需要一种解决物种间差异、样本限制和伦理考虑的新模型。

作为与人类在进化上密切相关的物种，非人类灵长类动物 (NHP)，如猕猴，是研究灵长类动物发育和疾病的理想模型。在这项研究中，基于优化的协议，研究人员使用幼稚食蟹猴胚胎干细胞 (cyESCs)生成了猴子（食蟹猴、Macaca fascicularis ）胚细胞。广泛的形态学、分子和功能表征表明，这些母细胞可以模仿基本的胚泡样结构并实现主要谱系的产生。重要的是，体外培养，体内移植和单细胞分析表明，食蟹猴母细胞可以随着三个主要胚层的出现和怀孕而启动原肠胚形成。

他们的结果代表了灵长类动物胚胎模型研究领域的重大进展，并为解剖灵长类动物胚胎发生和器官发生提供了一个重要的系统。