國際權威期刊《細胞·干細胞》(Cell Stem Cell)4月6日在線發表了來自中國科學院和清華大學等機構的聯合研究團隊研究論文，論文題為“食蟹猴胚胎模型體外培養發育到原腸胚和引起早期妊娠反應”。
該研究利用胚胎干細胞建立了食蟹猴類囊胚誘導系統，體外培養食蟹猴類囊胚可誘導原腸運動的相關胚層，體內移植可以檢測到早期妊娠囊的出現。
胚胎著床至原腸運動是發育的關鍵時期，也是臨床上早期流產的高發期。相較于嚙齒類模式動物，靈長類著床至原腸運動時期的研究嚴重滯后。基于胚胎干細胞組裝的類胚胎研究為靈長類早期著床發育提供了新的途徑。目前小鼠胚胎干細胞來源的類胚胎能體外培養到神經發生和器官發生階段，人胚胎干細胞誘導獲得的類囊胚也可以模擬囊胚階段的形態和分子特征。
非人靈長類擁有與人更為相近的生殖發育和胚胎發育特點，是研究人類生殖和胚胎發育的理想動物模型。研究團隊創新性地用非人靈長類胚胎干細胞代替人多能干細胞，進行食蟹猴類囊胚體外誘導。研究人員通過比較不同培養狀態的食蟹猴胚胎干細胞以及優化體外誘導體系和方法，高效得到了形態上和食蟹猴囊胚非常接近的類囊胚。結合單細胞轉錄組測序與分析、三個譜系干細胞體外分離培養，以及其他一系列分子細胞實驗證明食蟹猴類囊胚在主要細胞譜系組成以及相應的轉錄組水平等和正常囊胚相似（圖1A-B）。為了研究其體外發育潛能，研究人員對食蟹猴類囊胚進行了長時程體外延遲培養。
當體外培養至D15，類囊胚發育至早期著床的雙層胚盤狀結構，包括典型的OCT4+的EPI樣外胚層結構和明顯的羊膜腔以及GATA6+的卵黃囊腔（圖1C）。研究人員進一步培養發現，體外培養至D17，前面出現的雙層胚盤樣結構的食蟹猴類胚胎中會有一小部分繼續發育，形成圓盤樣結構，并包含前后軸、原條，絨毛膜腔等特征性細胞群體，且部分形態與之前報道的人類CS7（E16-19）時期的體內原腸胚相似（圖1D）。免疫熒光染色結果進一步展示了其形態特征（圖1E）。結合測序數據的挖掘和對比分析，作者發現D17食蟹猴類胚胎具有上胚層細胞（EPI）, 原條細胞（gastrulating cells）, 原始生殖細胞（PGCs）, 羊膜上皮細胞（AME）, 胚外中胚層細胞（EXMC）, 滋養層細胞（TE）, 內臟內胚層/卵黃囊內胚層細胞（VE/YE）等。此外，D17食蟹猴類胚胎中還檢測到了原始造血相關細胞，包括造血內皮細胞 (HECs), 造血內皮祖細胞 (HEPs)以及幼紅細胞(Ery)。這意味著D17食蟹猴類胚胎已經進入三胚層分化階段。
圖1.（A）非人靈長類食蟹猴類囊胚體外重構。（B）scRNA-seq分析體外重構的非人靈長類食蟹猴類囊胚的細胞譜系構成。（C）非人靈長類食蟹猴類囊胚體外延遲培養至D15時形成的雙層胚盤樣結構。（D）非人靈長類食蟹猴類囊胚體外延遲培養至D17時形成的原腸胚樣結構。（E）非人靈長類食蟹猴D17類胚胎的形態學染色。OCT4, EPI marker. GATA6, amine marker. T(Brachyury), gastrulation marker. （F）非人靈長類食蟹猴D17類胚胎的單細胞轉錄組分析和發育路徑分析。
研究團隊進一步分析鑒定發現D17食蟹猴類胚胎還具有胚胎非神經外胚層（NNE）、新生中胚層（NM），晚期中胚層（AM）、定型內胚層（DE）等三胚層類似的細胞群體（圖1F）。該研究揭示了D17食蟹猴類胚胎無論從形態還是細胞譜系組成上都與之前報道的人的CS7（E16-19）時期的體內原腸胚相似，提示誘導的類囊胚具有模擬著床后發育的能力。研究團隊將該發育潛能的食蟹猴類囊胚進行同種體內移植，進一步檢測其體內發育潛力。結果顯示，3/8受體在移植后能檢測到明顯的著床點和早期妊娠囊的出現，同時伴隨血清中絨毛膜促性腺激素和孕激素水平的提高（圖2）。
圖2. 非人靈長類類囊胚體外重構和體內外發育潛能研究模式圖。
該研究利用胚胎干細胞體外重構了非人靈長類類囊胚，并對其體內外發育潛能進行深入全面的探究和評估，首次將非人靈長類的類囊胚體外培養至著床后原腸胚時期。
